JP6214533B2 - Ion trap with a spatially expanded ion trap region - Google Patents

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Description

本発明は、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップに関する。好ましい実施形態は、イオンガイドシステムおよびイオントラッピングシステムならびに質量分析システムに使用する方法に関する。   The present invention relates to a selective ion trap of mass or mass to charge ratio. Preferred embodiments relate to methods for use in ion guide and ion trapping systems and mass spectrometry systems.

関連出願の相互参照
本出願は、2011年8月30日に出願された米国特許仮出願第61/528,956号、および2011年8月25日に出願された英国特許出願第1114734.5号の優先権および利益を主張する。これらの出願の全体は参照により本明細書に組み込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is based on US Provisional Application No. 61 / 528,956 filed on Aug. 30, 2011 and British Patent Application No. 111474.5 filed on Aug. 25, 2011. Insist on priority and interests. The entirety of these applications is incorporated herein by reference.

不均一なAC電場に起因して荷電粒子またはイオンにかかる時間平均の力は、電場が荷電粒子またはイオンをより弱い領域に加速するようなものであることがよく知られている。電場における極小は、通称、疑似ポテンシャル井戸または谷と呼ばれる。これに対して、極大は、通称、疑似ポテンシャル丘または障壁と呼ばれる。   It is well known that the time average force on charged particles or ions due to a non-uniform AC electric field is such that the electric field accelerates the charged particles or ions to a weaker region. The minimum in the electric field is commonly called a pseudopotential well or valley. In contrast, the local maximum is commonly referred to as a pseudopotential hill or barrier.

三次元イオントラップとしても知られるポールトラップは、イオントラップの中央に疑似ポテンシャル井戸を形成させることによってこの現象を利用するように設計される。疑似ポテンシャル井戸は、イオンの集団を閉じ込めるのに用いられる。その対称性に起因して、三次元イオントラップは、図1Aに示すようにスペース内の単一の点にイオンを閉じ込めるように作用する。しかしながら、閉じ込められたイオンの運動エネルギーがゼロではないことに加えて、同一極性のイオン間の相互反発により、図1Bに示すようにイオンがイオントラップの中央で球状体積を占有することになる。   Pole traps, also known as three-dimensional ion traps, are designed to take advantage of this phenomenon by forming a pseudopotential well in the center of the ion trap. Pseudopotential wells are used to confine ion populations. Due to its symmetry, the three-dimensional ion trap acts to confine ions to a single point in space as shown in FIG. 1A. However, in addition to the non-zero kinetic energy of the confined ions, the repulsion between ions of the same polarity causes the ions to occupy a spherical volume at the center of the ion trap, as shown in FIG. 1B.

あらゆるイオン閉じ込め装置に関して有限の空間電荷容量が存在し、それを超えれば、その性能が低下し始め、最終的に装置はいかなるさらなる電荷も保持できなくなる。例えば、イオントラップの過飽和は、近傍に集束している多数の電荷の存在によって電場が歪んでいく結果として、質量分解能および質量精度の損失につながる。イオンの蓄積に関する空間電荷制限は、所与の質量分解能および質量精度を保ちつつ閉じ込めることができるイオンの最大数であるスペクトルまたは分析上の空間電荷制限よりも著しく大きいことは一般に事実である。   There is a finite space charge capacity for any ion confinement device, beyond which its performance begins to degrade and eventually the device cannot hold any further charge. For example, supersaturation of an ion trap leads to loss of mass resolution and mass accuracy as a result of the electric field being distorted by the presence of a large number of charges focused in the vicinity. It is generally true that the space charge limit for ion accumulation is significantly greater than the spectral or analytical space charge limit, which is the maximum number of ions that can be confined while maintaining a given mass resolution and mass accuracy.

質量分析用途では、閉じ込められたイオンの質量電荷比(m/z)を検出する必要がある。例えば、イオンは、イオン検出器の方に質量選択的に放出されてもよい(しかし多くの他の検出方法が存在する)。この目的を達成するためにイオンを共振的または非共振的のいずれかで放出するいくつかの公知の方法が存在する。   In mass spectrometry applications, it is necessary to detect the mass-to-charge ratio (m / z) of trapped ions. For example, ions may be ejected mass selective towards an ion detector (but there are many other detection methods). There are several known methods for ejecting ions, either resonant or non-resonant, to achieve this goal.

イオントラップ装置にガスを導入することがしばしば必要である。ガスは、冷却する目的でまたは衝突誘起解離(Collisional Induced Dissociation:「CID」)を介するイオンフラグメンテーションのために用いられる場合がある。ガスの静的体積またはガスの流れのいずれかでのイオン移動度分離(Ion Mobility Separation:「IMS」)も行われている。ガスをイオントラップに導入するためのパルスガス弁の使用も知られている。   It is often necessary to introduce gas into the ion trap device. The gas may be used for cooling purposes or for ion fragmentation via Collision Induced Dissociation (“CID”). Ion Mobility Separation (“IMS”) has also been performed in either a static volume of gas or a flow of gas. The use of pulse gas valves to introduce gas into the ion trap is also known.

最近では、閉じ込められたイオンが占有できる体積が大きいことから、二次元または線形イオントラップ(Linear Ion Trap:「LIT」)に対する関心が増している。線形イオントラップは、より多数のイオン、またはより正確にはより多数の電荷が閉じ込められ、次いで検出されることを可能にする。こうしたイオントラップは、一般に、四重極、六重極、または八重極のような多重極RFイオンガイドに基づいている。イオンがイオントラップ内に半径方向に閉じ込められるように、イオンガイドの中心軸の周りのロッドセットイオントラップ内に疑似ポテンシャル井戸が形成される。イオンは、普通はDC電場を用いて軸方向に閉じ込められるが、軸方向にイオンを閉じ込めるのにRF電場を用いる方法も知られている。   Recently, interest in two-dimensional or linear ion traps (“LIT”) has increased due to the large volume that can be occupied by trapped ions. A linear ion trap allows a larger number of ions, or more precisely a larger number of charges, to be confined and then detected. Such ion traps are generally based on multipole RF ion guides such as quadrupole, hexapole, or octupole. A pseudo-potential well is formed in the rod set ion trap around the central axis of the ion guide so that ions are confined radially within the ion trap. Ions are usually confined axially using a DC electric field, but methods using an RF electric field to confine ions in the axial direction are also known.

二次元イオントラップの半径方向の疑似ポテンシャルは、閉じ込められたイオンを、図1Cに示すようにイオントラップの中心軸を通るラインに集束させるように作用する。三次元イオントラップと同様に、二次元イオントラップ内に閉じ込められたイオンは、実際には空間的に分散されることになり、したがって図1Dに示すように細長い円筒形体積を占有する。   The radial pseudopotential of the two-dimensional ion trap acts to focus the trapped ions into a line that passes through the central axis of the ion trap as shown in FIG. 1C. Similar to the three-dimensional ion trap, ions confined within the two-dimensional ion trap will actually be spatially dispersed and thus occupy an elongated cylindrical volume, as shown in FIG. 1D.

イオンの放出は、半径方向の閉じ込め疑似ポテンシャル内のイオンを共振励起することによって二次元イオントラップを用いて半径方向と軸方向との両方で実証されている。半径方向の放出は、イオンの半径方向の広がりが四重極電極に到達するまでイオンを共振させ、このときイオンが電極の中の細いスロットを通過することによって達成されている。軸方向の放出は、イオンを四重極の出口に存在する自然発生のフリンジ電界の中に共振励起し、このときイオンが閉じ込めDC障壁を乗り越えるのに十分な軸方向運動エネルギーを得られることによって達成されている。これらの方法の両方は、本質的に非断熱的であり、高い放出エネルギーおよび高エネルギー拡散につながり、これはそれらを他の質量分析計のような他の装置と結合するのに一般に不適切なものにする。   Ion emission has been demonstrated both radially and axially using a two-dimensional ion trap by resonantly exciting ions in a radial confinement pseudopotential. Radial ejection is achieved by causing the ions to resonate until the radial extent of the ions reaches the quadrupole electrode, where the ions pass through a narrow slot in the electrode. Axial ejection is achieved by resonantly exciting ions into a naturally occurring fringe field at the exit of the quadrupole, where the ion has enough axial kinetic energy to overcome the confined DC barrier. Has been achieved. Both of these methods are inherently non-adiabatic, leading to high emission energy and high energy diffusion, which is generally unsuitable for coupling them with other devices such as other mass spectrometers. Make things.

二次元イオントラップからの別の形態の軸方向放出が知られており、これは、軸方向高調波(harmonic)DCポテンシャルをイオンガイドの半径方向の閉じ込めRFに重畳することを含む。こうした手法は、図2A〜図2Cで概略的に表わされる。   Another form of axial emission from a two-dimensional ion trap is known, which involves superimposing an axial harmonic DC potential on the radial confinement RF of the ion guide. Such an approach is schematically represented in FIGS. 2A-2C.

図2Aは、四重極ロッドセットを同軸に取り囲む一連の環状電極を備える二次元イオントラップを示す。イオンを半径方向に閉じ込めるためにロッドセット電極にRF電圧が印加される。ロッドセット内に軸方向DCポテンシャルを生じさせるために環状電極にDC電圧が印加される。   FIG. 2A shows a two-dimensional ion trap comprising a series of annular electrodes that coaxially surround a quadrupole rod set. An RF voltage is applied to the rod set electrode to confine ions in the radial direction. A DC voltage is applied to the annular electrode to create an axial DC potential within the rod set.

図2Bは、軸方向DCポテンシャルを提供するのに用いられる接地平面上に付加的なベーン電極が配置された状態のRF四重極ロッドセットを備える二次元イオントラップを示す。   FIG. 2B shows a two-dimensional ion trap comprising an RF quadrupole rod set with an additional vane electrode placed on the ground plane used to provide an axial DC potential.

図2Cは、軸方向にセグメント化されたRF四重極ロッドセットを備える二次元イオントラップを示す。軸方向DCポテンシャルを提供するために各セグメントに異なるDC電圧が印加される場合がある。   FIG. 2C shows a two-dimensional ion trap comprising an axially segmented RF quadrupole rod set. Different DC voltages may be applied to each segment to provide an axial DC potential.

図2A〜図2Cに示される二次元イオントラップに関して、軸(z)方向に印加されるDCポテンシャルは式1で与えられる。   For the two-dimensional ion trap shown in FIGS. 2A-2C, the DC potential applied in the axial (z) direction is given by Equation 1.

Figure 0006214533
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本発明の一態様によれば、
イオントラップ内でイオンを第1(y)および第2(x)の方向に閉じ込める作用をする、径方向に非対称な疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生するように配置され適合された第1の装置と、
イオントラップ内でイオンを第3(z)の方向に閉じ込める作用をする、実質的に直流電位井戸を発生するように配置され適合された第2の装置であって、実質的に四重極直流電位のプロファイルは、第2(x)の方向に沿って次第に変化する、第2の装置と、
第2(x)の方向および/または第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第3(z)の方向にイオンを励起するように配置され適合された第3の装置とを備える、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップが提供される。
According to one aspect of the invention,
A first device arranged and adapted to generate a radially asymmetric pseudopotential barrier or well that serves to confine ions in a first (y) and second (x) directions within the ion trap; ,
A second device arranged and adapted to generate a substantially DC potential well that serves to confine ions in a third (z) direction within the ion trap, wherein the second device is substantially a quadrupole DC current. The second device, wherein the profile of the position changes gradually along the second (x) direction;
Arranged to excite ions in the third (z) direction so as to selectively eject ions of mass or mass to charge ratio in the second (x) direction and / or the third (z) direction A mass or mass-to-charge ratio selective ion trap comprising a third device adapted and adapted.

本発明の一態様によれば、
イオントラップ内でイオンを第1(y)の方向に閉じ込める作用をする疑似ポテンシャル障壁または井戸、ならびにイオンを第2(x)の方向に閉じ込める作用をする直流電位障壁または井戸を発生するように配置され適合された第1の装置と、
イオントラップ内でイオンを第3(z)の方向に閉じ込める作用をする実質的に直流四重極電位井戸を発生するように配置され適合された第2の装置であって、実質的に四重極直流電位のプロファイルは、第2(x)の方向に沿って次第に変化する、第2の装置と、
第2(x)の方向および/または第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第3(z)の方向にイオンを励起するように配置され適合された第3の装置とを備える、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップが提供される。
According to one aspect of the invention,
Arranged to generate a pseudopotential barrier or well that acts to confine ions in the first (y) direction within the ion trap, and a DC potential barrier or well that acts to confine ions in the second (x) direction. A first device adapted and adapted;
A second device arranged and adapted to generate a substantially dc quadrupole potential well that serves to confine ions in a third (z) direction within the ion trap, wherein the second device is substantially quadruple. The polar DC potential profile gradually changes along the second (x) direction;
Arranged to excite ions in the third (z) direction so as to selectively eject ions of mass or mass to charge ratio in the second (x) direction and / or the third (z) direction A mass or mass-to-charge ratio selective ion trap comprising a third device adapted and adapted.

第1(y)の方向および/または第2(x)の方向および/または第3(z)の方向は、実質的に直交することが好ましい。   The first (y) direction and / or the second (x) direction and / or the third (z) direction are preferably substantially orthogonal.

一実施形態によれば、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップは、複数の電極を含む。   According to one embodiment, the mass or mass to charge ratio selective ion trap includes a plurality of electrodes.

複数の電極は、
(i)複数のまたは少なくとも4、5、6、7、8、9、10、10〜20、20〜30、30〜40、40〜50、50〜60、60〜70、70〜80、80〜90、90〜100もしくは100を超えるロッドセットまたはセグメント化ロッドセットを含む、多極ロッドセットまたはセグメント化多極ロッドセット、ならびに/あるいは、
(ii)複数のまたは少なくとも4、5、6、7、8、9、10、10〜20、20〜30、30〜40、40〜50、50〜60、60〜70、70〜80、80〜90、90〜100もしくは100を超える環状、リング、または長円形の電極であって、使用時にそれを通ってイオンを透過する1つまたは複数の孔を有する、環状、リング、または長円形の電極を含む、イオントンネルまたはイオンファンネル、ならびに/あるいは、
(iii)複数のまたは少なくとも4、5、6、7、8、9、10、10〜20、20〜30、30〜40、40〜50、50〜60、60〜70、70〜80、80〜90、90〜100もしくは100を超える半環状、半リング、半長円形、またはC型の電極、ならびに/あるいは、
(iv)使用時にイオンが移動する平面に概ね配置される平面電極、平板電極またはメッシュ電極の積層またはアレイとを含むことが好ましい。
Multiple electrodes
(I) Multiple or at least 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80 -90, 90-100 or more than 100 rod sets or segmented rod sets, multipole rod sets or segmented multipole rod sets, and / or
(Ii) a plurality or at least 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80 ~ 90, 90-100 or more than 100 annular, ring, or oval electrodes, with one or more apertures through which ions pass through in use, annular, ring, or oval An ion tunnel or ion funnel containing electrodes, and / or
(Iii) a plurality or at least 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80 ~ 90, 90-100 or more than 100 semi-annular, semi-ring, semi-oval, or C-shaped electrodes, and / or
(Iv) It is preferable to include a plane electrode, a plate electrode, or a laminate or array of mesh electrodes that are generally arranged on a plane in which ions move when used.

第1の装置は、少なくとも一部の電極に高周波電圧を印加するように配置され適合されることが好ましい。   The first device is preferably arranged and adapted to apply a high frequency voltage to at least some of the electrodes.

イオントラップは、第3(z)の方向にイオントラップの実線および/または直線の透視線があるように配置され適合されることが好ましい。   The ion trap is preferably arranged and adapted so that there is a solid and / or straight perspective line of the ion trap in the third (z) direction.

イオントラップは、第2(x)の方向にイオントラップの実線および/または直線の透視線があるように配置され適合されることが好ましい。   The ion trap is preferably arranged and adapted so that there is a solid and / or straight perspective line of the ion trap in the second (x) direction.

第2の装置は、(i)実質的に四重極直流電位井戸の極小は、イオントラップの中心軸に沿うように、または(ii)実質的に四重極直流電位井戸の極小は、イオントラップの中心軸からずれるように、実質的に四重極直流電位井戸を形成するように配置され適合されることが好ましい。   The second device is that (i) the minimum of the quadrupole DC potential well is along the central axis of the ion trap, or (ii) the minimum of the quadrupole DC potential well is substantially It is preferably arranged and adapted to form a substantially quadrupole DC potential well so as to be offset from the central axis of the trap.

疑似ポテンシャル障壁または井戸は、非四重極疑似ポテンシャル障壁または井戸を含むことが好ましい。   The pseudopotential barrier or well preferably comprises a non-quadrupole pseudopotential barrier or well.

第3の装置は、イオンを第3(z)の方向に振動させるように配置され適合されることが好ましく、第3(z)の方向へのイオンの振動の振幅は、イオンの質量または質量対電荷比に依存することが好ましい。   The third device is preferably arranged and adapted to vibrate the ions in the third (z) direction, the amplitude of the ion vibration in the third (z) direction being the mass or mass of the ions. Preferably it depends on the charge-to-charge ratio.

電界は、第2(x)の方向に沿って維持されることが好ましい。   The electric field is preferably maintained along the second (x) direction.

電界は、第2(x)の方向に沿って次第に増加する、低減するまたは変化することが好ましい。   The electric field preferably increases, decreases or changes gradually along the second (x) direction.

電界は、イオンをイオントラップのイオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くことが好ましい。イオンをイオン放出領域から第2(x)の方向および/または第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的に放出することが好ましい。   The electric field preferably drives, flows or directs ions toward the ion emission region of the ion trap. Preferably, ions are selectively ejected from the ion emission region in the second (x) direction and / or the third (z) direction in mass or mass to charge ratio.

第2(x)の方向への電界の大きさは、第3(z)の方向での位置によって増加する、低減するまたは変化することが好ましい。   The magnitude of the electric field in the second (x) direction is preferably increased, decreased or changed depending on the position in the third (z) direction.

電界は、第3(z)の方向のイオンの相対位置に依存して、イオンを第2(x)の方向に実質的に異なる加速度場に直面させることが好ましい。   The electric field preferably causes the ions to experience a substantially different acceleration field in the second (x) direction, depending on the relative position of the ions in the third (z) direction.

電界は、第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する前に、特定の質量または質量対電荷比を有するイオン、または質量または質量対電荷比を第2(x)の方向の特定の範囲内に有するイオンを推進させることが好ましい。   The electric field may cause ions having a particular mass or mass-to-charge ratio, or second mass or mass-to-charge ratio, to selectively eject ions of mass or mass-to-charge ratio in the third (z) direction. It is preferable to promote ions having a specific range in the direction (x).

電界は、第2(x)の方向および/または第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する前に、第3(z)の方向にイオンの振動の振幅に依存する力でイオンを第2(x)の方向に推進させることが好ましい。   The electric field is applied to the vibration of the ions in the third (z) direction before selectively ejecting ions of mass or mass to charge ratio in the second (x) direction and / or the third (z) direction. The ions are preferably propelled in the second (x) direction with a force that depends on the amplitude.

直流四重極電位井戸によりイオンを第3(z)の方向に閉じ込めることが好ましく、第3(z)の方向に振動の振幅を有するイオンが、第2(x)の方向に放出領域から離間した領域内のイオントラップによって閉じ込められ、その一方で第3(z)の方向に振動の同じ振幅を有する放出領域内のイオンが、直流電位井戸を超えることができ、イオントラップから放出されるように、井戸の少なくとも一方の側面の高さは、放出領域に向かって第2(x)の方向での位置によって減少することが好ましい。   It is preferable to confine ions in the third (z) direction by a DC quadrupole potential well, and ions having vibration amplitude in the third (z) direction are separated from the emission region in the second (x) direction. Ions in the emission region that are confined by the ion trap in the selected region while having the same amplitude of vibration in the third (z) direction can cross the DC potential well and be ejected from the ion trap. In addition, the height of at least one side surface of the well is preferably decreased depending on the position in the second (x) direction toward the emission region.

第2の装置は、第3(z)の方向に配置された電極のすべてではないが一部を横切る、実質的に直流四重極電位井戸を維持するように配置され適合されることが好ましい。   The second device is preferably arranged and adapted to maintain a substantially dc quadrupole potential well across all but not all of the electrodes arranged in the third (z) direction. .

第2の装置は、第3(z)の方向にイオントラップの幅のx%を横切る実質的に直流四重極電位井戸を維持するように配置され適合されることが好ましい。但し、xは、(i)10未満、(ii)10〜20、(iii)20〜30、(iv)30〜40、(v)40〜50、(vi)50〜60、(vii)60〜70、(viii)70〜80、(ix)80〜90、(x)90〜95、および(xi)95〜99からなる群から選択される。   The second device is preferably arranged and adapted to maintain a substantially dc quadrupole potential well across x% of the width of the ion trap in the third (z) direction. However, x is (i) less than 10, (ii) 10-20, (iii) 20-30, (iv) 30-40, (v) 40-50, (vi) 50-60, (vii) 60 -70, (viii) 70-80, (ix) 80-90, (x) 90-95, and (xi) 95-99.

第2の装置は、好ましくはイオントラップを横切る第3(z)の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、直流電位のプロファイルは第1の領域および1つまたは複数の第2の領域を含み、第1の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に四重極であり、1つまたは複数の第2の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に線形、一定、または非四重極である。   The second device is preferably arranged and adapted to maintain a DC potential profile in a third (z) direction across the ion trap, the DC potential profile being in the first region and the one or more second. The DC potential profile in the first region is substantially quadrupole and the DC potential profile in the one or more second regions is substantially linear, constant, or Non-quadrupole.

第2の装置は、好ましくはイオントラップの中心軸に対して非対称な、第3(z)の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合されることが好ましく、中心軸は好ましくは第2(x)の方向にある。   The second device is preferably arranged and adapted to maintain a DC potential profile in the third (z) direction, preferably asymmetric with respect to the central axis of the ion trap, the central axis preferably It is in the second (x) direction.

第2の装置は、好ましくは第3(z)の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、その結果イオンは実質的に直流四重極井戸から一方向のみに放出される。   The second device is preferably arranged and adapted to maintain a DC potential profile in the third (z) direction, so that ions are substantially ejected from the DC quadrupole well in only one direction. .

第3の装置は、イオンがイオントラップから(i)第1の方向のみ、または(ii)第1の方向および第2の方向の両方のいずれかに質量または質量対電荷比の選択的に放出されるように配置され適合されることが好ましく、第2の方向は第1の方向と異なる、または第1の方向と反対である。   A third device selectively ejects ions from the ion trap either (i) in the first direction only, or (ii) in either the first direction or the second direction, in mass or mass-to-charge ratio. Preferably, the second direction is different from or opposite to the first direction.

第3の装置は、第3(z)の方向にイオンを共鳴的に励起するように配置され適合されることが好ましい。   The third device is preferably arranged and adapted to resonantly excite ions in the third (z) direction.

第3の装置は、補助交流電圧または補助交流電位をωと等しい周波数σを有する少なくとも一部の電極に印加するように配置され適合されることが好ましく、ωはイオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数である。   The third device is preferably arranged and adapted to apply an auxiliary AC voltage or auxiliary AC potential to at least some of the electrodes having a frequency σ equal to ω, where ω is preferably emitted from the ion trap. It is the fundamental frequency or resonance frequency of ions.

第3の装置は、第3(z)の方向にイオンをパラメトリックに励起するように配置され適合されることが好ましい。   The third device is preferably arranged and adapted to parametrically excite ions in the third (z) direction.

第3の装置は、補助交流電圧または補助交流電位を、2ω、0.667ω、0.5ω、0.4ω、0.33ω、0.286ω、0.25ωに等しい、または0.25ω未満の周波数σを有する、少なくとも一部の電極に印加するように配置され適合されることが好ましく、ωはイオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数である。   The third device has an auxiliary AC voltage or auxiliary AC potential at a frequency equal to or less than 2ω, 0.667ω, 0.5ω, 0.4ω, 0.33ω, 0.286ω, 0.25ω. Preferably, it is arranged and adapted to be applied to at least some of the electrodes having σ, where ω is the fundamental or resonant frequency of the ions that it is desired to eject from the ion trap.

第3の装置は、補助交流電圧または補助交流電位の周波数σを走査する、変化させる、修正する、増加させる、次第に増加させる、低減させる、または次第に低減させるように配置され適合されることが好ましい。   The third device is preferably arranged and adapted to scan, change, modify, increase, gradually increase, decrease or gradually reduce the frequency σ of the auxiliary AC voltage or auxiliary AC potential. .

第3の装置は、(i)イオンの質量対電荷比の順にイオントラップからイオンを放出するための動作モードに、かつ/または(ii)イオンの質量対電荷比と逆の順にイオントラップからイオンを放出するための動作モードに配置され適合されることが好ましい。   The third device is (i) in an operating mode for ejecting ions from the ion trap in the order of ion mass-to-charge ratio and / or (ii) ions from the ion trap in reverse order of ion mass-to-charge ratio It is preferably arranged and adapted to the mode of operation for releasing.

第3の装置は、実質的に断熱手法でイオントラップからイオンを放出させるように配置され適合されることが好ましい。   The third device is preferably arranged and adapted to eject ions from the ion trap in a substantially adiabatic manner.

第3の装置は、(i)0.5eV未満、(ii)0.5〜1.0eV、(iii)1.0〜1.5eV、(iv)1.5〜2.0eV、(v)2.0〜2.5eV、(vi)2.5〜3.0eV、(vii)3.0〜3.5eV、(viii)3.5〜4.0eV、(ix)4.0〜4.5eV、(x)4.5〜5.0eV、および(xi)5.0eVを超えるエネルギーからなる群から選択されるイオンエネルギーでイオントラップからイオンを放出させるように配置され適合されることが好ましい。   The third device is (i) less than 0.5 eV, (ii) 0.5-1.0 eV, (iii) 1.0-1.5 eV, (iv) 1.5-2.0 eV, (v) 2.0-2.5 eV, (vi) 2.5-3.0 eV, (vii) 3.0-3.5 eV, (viii) 3.5-4.0 eV, (ix) 4.0-4. It is preferably arranged and adapted to emit ions from the ion trap with an ion energy selected from the group consisting of 5 eV, (x) 4.5-5.0 eV, and (xi) an energy exceeding 5.0 eV. .

イオントラップは、イオントラップ内にN個のイオン電荷を含むように配置され適合されることが好ましく、Nは、(i)5x104未満、(ii)5x104〜1x105、(iii)1x105〜2x105、(iv)2x105〜3x105、(v)3x105〜4x105、(vi)4x105〜5x105、(vii)5x105〜6x105、(viii)6x105〜7x105、(ix)7x105〜8x105、(x)8x105〜9x105、(xi)9x105〜1x106および(xii)1x106を超える数からなる群から選択される。 Ion trap, it is preferred to be adapted is arranged to include the N ionic charge in the ion trap, N is (i) 5x10 less than 4, (ii) 5x10 4 ~1x10 5, (iii) 1x10 5 ~2x10 5, (iv) 2x10 5 ~3x10 5, (v) 3x10 5 ~4x10 5, (vi) 4x10 5 ~5x10 5, (vii) 5x10 5 ~6x10 5, (viii) 6x10 5 ~7x10 5, ( ix) 7x10 5 ~8x10 5, ( x) 8x10 5 ~9x10 5, is selected from the group consisting of (xi) 9x10 5 ~1x10 6 and (xii) number of greater than 1x10 6.

動作モードにおいて、イオントラップの少なくとも一領域または実質的に全体は、
(i)イオンガイドとして、および/または、
(ii)衝突セルもしくはフラグメンテーションセルとして、および/または、
(iii)反応セルとして、および/または、
(ii)質量フィルタとして、および/または、
(iii)飛行時間型分離器として、および/または、
(iv)イオン移動度分離器として、および/または、
(v)差動イオン移動度分離器として、作動するように配置され適合されることが好ましい。
In the mode of operation, at least a region or substantially the entire ion trap is
(I) as an ion guide and / or
(Ii) as a collision cell or fragmentation cell and / or
(Iii) as a reaction cell and / or
(Ii) as a mass filter and / or
(Iii) as a time-of-flight separator and / or
(Iv) as an ion mobility separator and / or
(V) It is preferably arranged and adapted to operate as a differential ion mobility separator.

動作モードにおいて、イオントラップは、(i)1.0x10-7mbar未満、(ii)1.0x10-7〜1.0x10-6mbar、(iii)1.0x10-6〜1.0x10-5mbar、(iv)1.0x10-5〜1.0x10-4mbar、(v)1.0x10-4〜1.0x10-3mbar、(vi)0.001〜0.01mbar、(vii)0.01〜0.1mbar、(viii)0.1〜1mbar、(ix)1〜10mbar、(x)10〜100mbar、および(xi)100〜1000mbarからなる群から選択される圧力で維持するように配置され適合されることが好ましい。 In the mode of operation, the ion trap is (i) less than 1.0 × 10 −7 mbar, (ii) 1.0 × 10 −7 to 1.0 × 10 −6 mbar, (iii) 1.0 × 10 −6 to 1.0 × 10 −5 mbar. (Vi) 1.0 × 10 −5 to 1.0 × 10 −4 mbar, (v) 1.0 × 10 −4 to 1.0 × 10 −3 mbar, (vi) 0.001 to 0.01 mbar, (vii) 0.01 -0.1 mbar, (viii) 0.1-1 mbar, (ix) 1-10 mbar, (x) 10-100 mbar, and (xi) maintained at a pressure selected from the group consisting of 100-1000 mbar Preferably adapted.

本発明の一態様によれば、上述のように質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップを含む質量分析器が提供される。   In accordance with one aspect of the present invention, a mass analyzer is provided that includes a selective ion trap of mass or mass to charge ratio as described above.

本発明の一態様によれば、
イオントラップ内で第1(y)の方向および第2(x)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生することと、
イオントラップ内で第3(z)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に直流四重極電位井戸を発生することであって、実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、第2(x)の方向に沿って次第に変化する、発生することと、
第2(x)の方向および/または第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第3(z)の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Generating a radially asymmetric pseudopotential barrier or well that serves to confine ions in a first (y) direction and a second (x) direction within the ion trap;
Generating a substantially DC quadrupole potential well that acts to confine ions in the third (z) direction within the ion trap, wherein the profile of the quadrupole DC potential well is substantially Occurring gradually along the direction of 2 (x);
Exciting the ions in the third (z) direction to selectively eject ions of mass or mass to charge ratio in the second (x) direction and / or the third (z) direction. A method is provided for selectively ejecting ions from a mass trap or mass to charge ratio from an ion trap.

本発明の一態様によれば、
イオントラップ内で第1(y)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第2(x)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、直流電位の障壁または井戸を発生することと、
イオントラップ内で第3(z)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に直流四重極電位井戸を発生することであって、実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、第2(x)の方向に沿って次第に変化する、発生することと、
イオントラップから第2(x)の方向および/または第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第3(z)の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
A pseudopotential barrier or well that acts to confine ions in the first (y) direction within the ion trap and a DC potential barrier or well that acts to confine ions in the second (x) direction are generated. And
Generating a substantially DC quadrupole potential well that acts to confine ions in the third (z) direction within the ion trap, wherein the profile of the quadrupole DC potential well is substantially Occurring gradually along the direction of 2 (x);
Exciting ions in the third (z) direction to selectively eject mass or mass-to-charge ratio ions from the ion trap in the second (x) direction and / or the third (z) direction A method of selectively releasing ions of mass or mass to charge ratio from an ion trap.

本発明の一態様によれば、上述のような方法を含む質量分析の方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a mass spectrometry method comprising the method as described above.

本発明の一態様によれば、イオンをイオントラップから放出する前に、二次元空間から選択された質量対電荷比のイオンが全体積からより小さい放出領域に移動する、二次元空間に空間的に拡大されたトラッピング体積をもつイオントラップが提供される。   According to one aspect of the present invention, spatially into a two-dimensional space, ions of a selected mass-to-charge ratio move from the total volume to a smaller emission region before the ions are ejected from the ion trap. An ion trap with an expanded trapping volume is provided.

三次元イオントラップより二次元イオントラップの容量がより大きいにもかかわらず、器具がより高感度になりイオン源がより明るくなるにつれて、イオントラップのイオン容量をより増加させる必要性が増す。   Despite the larger capacity of the two-dimensional ion trap than the three-dimensional ion trap, the need for increasing the ion trap's ion capacity increases as the instrument becomes more sensitive and the ion source becomes brighter.

好ましい実施形態には、拡大したトラッピング容積または透過容積をもつイオントラップ装置またはイオン透過装置が含まれる。一実施形態によれば、イオントラップには、イオンを閉じ込め放出するように配置され、従来の三次元イオントラップおよび二次元イオントラップより大きいイオン電荷容量を有する一次元イオントラップが含まれる。   Preferred embodiments include ion trap devices or ion permeation devices with an enlarged trapping volume or permeation volume. According to one embodiment, the ion trap includes a one-dimensional ion trap that is arranged to confine and eject ions and has a larger ion charge capacity than a conventional three-dimensional ion trap and a two-dimensional ion trap.

三次元イオントラップはイオンを基本的に1点に閉じ込め、二次元イオントラップは基本的にイオンを1線に閉じ込めるのと同様に、好ましい実施形態による一次元イオントラップは、図1Eに示したように基本的にイオンを1面に閉じ込める。しかし実際には、イオンによって占められる実際の体積は、図1Fに示したように二次元空間に細長い直方体を充填するように拡大させる。   Similar to the three-dimensional ion trap confining ions basically to one point and the two-dimensional ion trap basically confining ions to one line, the one-dimensional ion trap according to the preferred embodiment is as shown in FIG. 1E. Basically, ions are confined to one surface. In practice, however, the actual volume occupied by the ions is expanded to fill the two-dimensional space with an elongated cuboid as shown in FIG. 1F.

本発明の好ましい実施形態によるイオントラップは、高周波電圧、交流電圧および直流電圧の様々な組合せを印加し得る、拡大された体積を画定する電極のアレイを含む。イオントラップは、イオン透過装置としてまたはイオントラップとして作用してもよい。イオントラップを使用して、イオンを保持する、積層する、保存する、処理する、隔離する、フラグメント化する、検出する、および放出してもよい。作動中、イオンの一部またはすべては、拡大されたトラップ領域内に分散され、続いて実質的にイオンが放出され得るイオントラップからイオントラップの特定の領域に向かって質量対電荷比に依存的に移動されてもよい。イオンの放出は、実質的に直流四重極電位内でイオンを励起することによって影響されることが好ましい。四重極電位の形が一部の領域ではより急勾配であり、他の領域ではより狭いように、四重極電位の形は装置の長さによって変化する。イオンを励起する作用により、イオンは、より急勾配の領域からイオンが最終的に放出されるより狭い領域に絞り出される。   An ion trap according to a preferred embodiment of the present invention includes an array of electrodes defining an enlarged volume to which various combinations of high frequency voltage, AC voltage and DC voltage can be applied. The ion trap may act as an ion permeation device or as an ion trap. An ion trap may be used to hold, stack, store, process, sequester, fragment, detect, and release ions. In operation, some or all of the ions are dispersed within the enlarged trap region, and subsequently depend on the mass-to-charge ratio from the ion trap to the specific region of the ion trap where ions can be ejected. May be moved. The release of ions is preferably influenced by exciting the ions substantially within the DC quadrupole potential. The shape of the quadrupole potential varies with the length of the device so that the shape of the quadrupole potential is steeper in some regions and narrower in other regions. Due to the action of exciting the ions, the ions are squeezed from a steeper region to a narrower region where the ions are eventually released.

イオントラップを質量分析器として作動させてもよく、または質量分析器もしくは質量分析計内の他の装置と連動して使用してもよい。   The ion trap may operate as a mass analyzer or may be used in conjunction with a mass analyzer or other device within the mass spectrometer.

一実施形態によれば、質量分析計は、
(a)(i)エレクトロスプレーイオン化(「ESI」)イオン源、(ii)大気圧光イオン化(「APPI」)イオン源、(iii)大気圧化学イオン化(「APCI」)イオン源、(iv)マトリックス支援レーザ脱離イオン化(「MALDI」)イオン源、(v)レーザ脱離イオン化(「LDI」)イオン源、(vi)大気圧イオン化(「API」)イオン源、(vii)オンシリコン脱離イオン化(「DIOS」)イオン源、(viii)電子衝撃(「EI」)イオン源、(ix)化学イオン化(「CI」)イオン源、(x)電界イオン化(「FI」)イオン源、(xi)電界脱離(「FD」)イオン源、(xii)誘導結合プラズマ(「ICP」)イオン源、(xiii)高速原子衝撃(「FAB」)イオン源、(xiv)液体二次イオン質量分析(「LSIMS」)イオン源、(xv)脱離エレクトロスプレーイオン化(「DESI」)イオン源、(xvi)ニッケル63放射性イオン源、(xvii)大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン化イオン源、(xviii)サーモスプレーイオン源、(xix)大気サンプリンググロー放電イオン化(「ASGDI」)イオン源、および(xx)グロー放電(「GD」)イオン源からなる群から選択されたイオン源と、ならびに/あるいは、
(b)1つもしくは複数の連続イオン源またはパルスイオン源、ならびに/あるいは、
(c)1つもしくは複数のイオンガイド、ならびに/あるいは、
(d)1つもしくは複数のイオン移動度分離装置および/または1つもしくは複数の電界非対称イオン移動度分析装置、ならびに/あるいは、
(e)1つもしくは複数のイオントラップまたは1つもしくは複数のトラッピング領域、ならびに/あるいは、
(f)(i)衝突誘起解離(「CID」)フラグメンテーション装置、(ii)表面誘起解離(「SID」)フラグメンテーション装置、(iii)電子移動解離(「ETD」)フラグメンテーション装置、(iv)電子捕獲解離(「ECD」)フラグメンテーション装置、(v)電子衝突または衝撃解離フラグメンテーション装置、(vi)光誘起解離(「PID」)フラグメンテーション装置、(vii)レーザ誘起解離フラグメンテーション装置、(viii)赤外線誘起解離装置、(ix)紫外線誘起解離装置、(x)ノズルスキマーインターフェイス・フラグメンテーション装置、(xi)インソースフラグメンテーション装置、(xii)インソース衝突誘起解離フラグメンテーション装置、(xiii)熱源または温度源フラグメンテーション装置、(xiv)電界誘起フラグメンテーション装置、(xv)磁場誘起フラグメンテーション装置、(xvi)酵素消化または酵素分解フラグメンテーション装置、(xvii)イオン−イオン反応フラグメンテーション装置、(xviii)イオン−分子反応フラグメンテーション装置、(xix)イオン−原子反応フラグメンテーション装置、(xx)イオン−準安定イオン反応フラグメンテーション装置、(xxi)イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、(xxii)イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、(xxiii)イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−イオン反応装置、(xxiv)イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−分子反応装置、(xxv)イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−原子反応装置、(xxvi)イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定イオン反応装置、(xxvii)イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定分子反応装置、(xxviii)イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定原子反応装置、および(xxix)電子イオン化解離(「EID」)フラグメンテーション装置からなる群から選択された1つもしくは複数の衝突、フラグメンテーションまたは反応セル、ならびに/あるいは、
(g)(i)四重極質量分析器、(ii)二次元または線形四重極質量分析器、(iii)ポール型または三次元四重極質量分析器、(iv)ぺニングトラップ型質量分析器、(v)イオントラップ型質量分析器、(vi)磁場セクタ型質量分析器、(vii)イオンサイクロトロン共鳴(「ICR」)質量分析器、(viii)フーリエ交換イオンサイクロトロン共鳴(「FTICR」)質量分析器、(ix)静電またはオービトラップ型質量分析器、(x)フーリエ交換静電またはオービトラップ型質量分析器、(xi)フーリエ交換質量分析器、(xii)飛行時間型質量分析器、(xiii)直交加速飛行時間型質量分析器、および(xiv)線形加速飛行時間型質量分析器からなる群から選択された質量分析器、ならびに/あるいは、
(h)1つまたは複数のエネルギー分析器または静電エネルギー分析器、ならびに/あるいは、
(i)1つまたは複数のイオン検出器、ならびに/あるいは、
(j)(i)四重極質量フィルタ、(ii)二次元または線形四重極イオントラップ、(iii)ポール型または三次元四重極イオントラップ、(iv)ぺニングイオントラップ、(v)イオントラップ、(vi)磁場セクタ型質量フィルタ、(vii)飛行時間型質量フィルタ、および(viii)ウィーンフィルタからなる群から選択された1つまたは複数の質量フィルタ、ならびに/あるいは、
(k)イオンをパルス状にする装置またはイオンゲート、ならびに/あるいは、
(l)実質的に連続的なイオンビームをパルスイオンビームに変換する装置とをさらに備えてもよい。
According to one embodiment, the mass spectrometer is
(A) (i) electrospray ionization (“ESI”) ion source, (ii) atmospheric pressure photoionization (“APPI”) ion source, (iii) atmospheric pressure chemical ionization (“APCI”) ion source, (iv) Matrix-assisted laser desorption ionization (“MALDI”) ion source, (v) laser desorption ionization (“LDI”) ion source, (vi) atmospheric pressure ionization (“API”) ion source, (vii) on-silicon desorption Ionization (“DIOS”) ion source, (viii) electron impact (“EI”) ion source, (ix) chemical ionization (“CI”) ion source, (x) field ionization (“FI”) ion source, (xi ) Field desorption (“FD”) ion source, (xii) inductively coupled plasma (“ICP”) ion source, (xiii) fast atom bombardment (“FAB”) ion source, (xiv) liquid two Ion mass spectrometry (“LSIMS”) ion source, (xv) desorption electrospray ionization (“DESI”) ion source, (xvi) nickel 63 radioactive ion source, (xvii) atmospheric pressure matrix assisted laser desorption ionization ion source, An ion source selected from the group consisting of (xviii) a thermospray ion source, (xix) an atmospheric sampling glow discharge ionization (“ASGDI”) ion source, and (xx) a glow discharge (“GD”) ion source, and / or Or
(B) one or more continuous or pulsed ion sources and / or
(C) one or more ion guides and / or
(D) one or more ion mobility separators and / or one or more field asymmetric ion mobility analyzers, and / or
(E) one or more ion traps or one or more trapping regions, and / or
(F) (i) collision induced dissociation (“CID”) fragmentation device, (ii) surface induced dissociation (“SID”) fragmentation device, (iii) electron transfer dissociation (“ETD”) fragmentation device, (iv) electron capture Dissociation ("ECD") fragmentation device, (v) electron impact or impact dissociation fragmentation device, (vi) photoinduced dissociation ("PID") fragmentation device, (vii) laser induced dissociation fragmentation device, (viii) infrared induced dissociation device (Ix) UV-induced dissociation device, (x) nozzle skimmer interface fragmentation device, (xi) in-source fragmentation device, (xii) in-source collision-induced dissociation fragmentation device, (xiii) heat source or temperature source frame Fragmentation device, (xiv) electric field induced fragmentation device, (xv) magnetic field induced fragmentation device, (xvi) enzymatic digestion or enzymatic fragmentation device, (xvii) ion-ion reaction fragmentation device, (xviii) ion-molecule reaction fragmentation device (Xx) ion-atom reaction fragmentation device, (xx) ion-metastable ion reaction fragmentation device, (xxi) ion-metastable atom reaction fragmentation device, (xxii) ion-metastable atom reaction fragmentation device, (xxiii) An ion-ion reactor that forms adduct ions or product ions by reaction of ions, (xxiv) addition ions or product ions by reaction of ions An ion-molecule reaction device that forms, an ion-atom reaction device that forms addition ions or product ions by reaction of (xxv) ions, and an ion-metastable ion reaction that forms addition ions or product ions by reaction of (xxvi) ions An apparatus, (xxvii) an ion-metastable molecular reactor that forms adduct ions or product ions by reaction of ions, (xxviii) an ion-metastable atom reactor that forms adduct ions or product ions by reaction of ions, and ( xxix) one or more collisions, fragmentation or reaction cells selected from the group consisting of electron ionization dissociation (“EID”) fragmentation devices, and / or
(G) (i) quadrupole mass analyzer, (ii) two-dimensional or linear quadrupole mass analyzer, (iii) pole-type or three-dimensional quadrupole mass analyzer, (iv) Penning trap type mass Analyzer, (v) ion trap mass analyzer, (vi) magnetic sector sector mass analyzer, (vii) ion cyclotron resonance ("ICR") mass analyzer, (viii) Fourier exchange ion cyclotron resonance ("FTICR") ) Mass analyzer, (ix) electrostatic or orbitrap mass analyzer, (x) Fourier exchange electrostatic or orbitrap mass analyzer, (xi) Fourier exchange mass analyzer, (xii) time-of-flight mass spectrometry A mass analyzer selected from the group consisting of: a (xiii) orthogonal acceleration time-of-flight mass analyzer; and (xiv) a linear acceleration time-of-flight mass analyzer, and / or ,
(H) one or more energy analyzers or electrostatic energy analyzers, and / or
(I) one or more ion detectors and / or
(J) (i) quadrupole mass filter, (ii) two-dimensional or linear quadrupole ion trap, (iii) pole-type or three-dimensional quadrupole ion trap, (iv) Penning ion trap, (v) One or more mass filters selected from the group consisting of ion traps, (vi) magnetic sector mass filters, (vii) time-of-flight mass filters, and (viii) Wien filters, and / or
(K) a device or ion gate for pulsing ions and / or
(L) The apparatus may further comprise an apparatus for converting a substantially continuous ion beam into a pulsed ion beam.

質量分析計は、
(i)C型トラップ、ならびに外側樽形電極および同軸の内側紡錘形電極を備えるオービトラップ型(RTM)質量分析器であって、第1の動作モードでは、イオンはC型トラップに透過され、次いでオービトラップ型(RTM)質量分析器に注入され、第2の動作モードでは、イオンはC型トラップに、次いで衝突セルまたは電子移動解離装置に透過され、少なくとも一部のイオンがフラグメントイオンにフラグメント化され、フラグメントイオンは、C型トラップに透過された後、オービトラップ型(RTM)質量分析器に注入される、C型トラップならびにオービトラップ型(RTM)質量分析器、ならびに/あるいは、
(ii)使用時にそれを通ってイオンを透過させる開口部をそれぞれが有する複数の電極を備える積層環状イオンガイドであって、電極の間隔がイオン経路の長さに沿って増加し、イオンガイドの上流部に配置される電極の開口部は第1の直径を有し、イオンガイドの下流部に配置される電極の開口部は第1の直径より小さい第2の直径を有し、使用時に交流電圧または高周波電圧の逆位相は連続する電極に印加される、積層環状イオンガイドとのいずれかをさらに備えてもよい。
Mass spectrometer
(I) an orbitrap type (RTM) mass analyzer comprising a C-type trap and an outer barrel electrode and a coaxial inner spindle electrode, in a first mode of operation, ions are transmitted through the C-type trap and then Injected into an orbitrap type (RTM) mass analyzer, in the second mode of operation, ions are transmitted to a C-type trap and then to a collision cell or electron transfer dissociator and at least some ions are fragmented into fragment ions Fragment ions are transmitted through a C-type trap and then injected into an Orbitrap (RTM) mass analyzer, and / or an Orbitrap (RTM) mass analyzer, and / or
(Ii) a stacked annular ion guide comprising a plurality of electrodes each having an aperture through which ions are transmitted when in use, the spacing of the electrodes increasing along the length of the ion path; The opening of the electrode disposed in the upstream portion has a first diameter, and the opening of the electrode disposed in the downstream portion of the ion guide has a second diameter smaller than the first diameter, and the alternating current is in use. The anti-phase of the voltage or the high-frequency voltage may further include either a laminated annular ion guide that is applied to a continuous electrode.

高周波電圧は、好ましいイオントラップの電極に印加されることが好ましく、(i)50Vピークトゥピーク未満、(ii)50〜100Vピークトゥピーク、(iii)100〜150Vピークトゥピーク、(iv)150〜200Vピークトゥピーク、(v)200〜250Vピークトゥピーク、(vi)250〜300Vピークトゥピーク、(vii)300〜350Vピークトゥピーク、(viii)350〜400Vピークトゥピーク、(ix)400〜450Vピークトゥピーク、(x)450〜500Vピークトゥピーク、(xi)500〜550Vピークトゥピーク、(xxii)550〜600Vピークトゥピーク、(xxiii)600〜650Vピークトゥピーク、(xxiv)650〜700Vピークトゥピーク、(xxv)700〜750Vピークトゥピーク、(xxvi)750〜800Vピークトゥピーク、(xxvii)800〜850Vピークトゥピーク、(xxviii)850〜900Vピークトゥピーク、(xxix)900〜950Vピークトゥピーク、(xxx)950〜1000Vピークトゥピーク、および(xxxi)100Vピークトゥピークを超える振幅からなる群から選択される振幅を有することが好ましい。   The high frequency voltage is preferably applied to a preferred ion trap electrode, (i) less than 50V peak-to-peak, (ii) 50-100V peak-to-peak, (iii) 100-150V peak-to-peak, (iv) 150 ~ 200V peak-to-peak, (v) 200-250V peak-to-peak, (vi) 250-300V peak-to-peak, (vii) 300-350V peak-to-peak, (viii) 350-400V peak-to-peak, (ix) 400 ~ 450V peak-to-peak, (x) 450-500V peak-to-peak, (xi) 500-550V peak-to-peak, (xxii) 550-600V peak-to-peak, (xxiii) 600-650V peak-to-peak, (xxiv) 650 ~ 700V peak to peak, (xxv) 700-750V peak-to-peak, (xxvi) 750-800V peak-to-peak, (xxvii) 800-850V peak-to-peak, (xxviii) 850-900V peak-to-peak, (xxix) 900-950V peak-to-peak, Preferably, it has an amplitude selected from the group consisting of (xxx) 950-1000V peak-to-peak and (xxx) amplitude exceeding 100V peak-to-peak.

高周波電圧は、(i)100kHz未満、(ii)100〜200kHz、(iii)200〜300kHz、(iv)300〜400kHz、(v)400〜500kHz、(vi)0.5〜1.0MHz、(vii)1.0〜1.5MHz、(viii)1.5〜2.0MHz、(ix)2.0〜2.5MHz、(x)2.5〜3.0MHz、(xi)3.0〜3.5MHz、(xii)3.5〜4.0MHz、(xiii)4.0〜4.5MHz、(xiv)4.5〜5.0MHz、(xv)5.0〜5.5MHz、(xvi)5.5〜6.0MHz、(xvii)6.0〜6.5MHz、(xviii)6.5〜7.0MHz、(xix)7.0〜7.5MHz、(xx)7.5〜8.0MHz、(xxi)8.0〜8.5MHz、(xxii)8.5〜9.0MHz、(xxiii)9.0〜9.5MHz、(xxiv)9.5〜10.0MHz、および(xxv)10.0MHzを超える周波数からなる群から選択される周波数を有することが好ましい。   The high frequency voltage is (i) less than 100 kHz, (ii) 100 to 200 kHz, (iii) 200 to 300 kHz, (iv) 300 to 400 kHz, (v) 400 to 500 kHz, (vi) 0.5 to 1.0 MHz, ( vii) 1.0 to 1.5 MHz, (viii) 1.5 to 2.0 MHz, (ix) 2.0 to 2.5 MHz, (x) 2.5 to 3.0 MHz, (xi) 3.0 to 3.5 MHz, (xii) 3.5-4.0 MHz, (xiii) 4.0-4.5 MHz, (xiv) 4.5-5.0 MHz, (xv) 5.0-5.5 MHz, (xvi ) 5.5-6.0 MHz, (xvii) 6.0-6.5 MHz, (xviii) 6.5-7.0 MHz, (xix) 7.0-7.5 MHz, (xx) 7.5-8 .0MHz, (xxi) 8.0-8.5MHz, xxii) a frequency selected from the group consisting of 8.5 to 9.0 MHz, (xxiii) 9.0 to 9.5 MHz, (xxiv) 9.5 to 10.0 MHz, and (xxv) a frequency exceeding 10.0 MHz. It is preferable to have.

イオントラップは、(i)0.001mbarを超える、(ii)0.01mbarを超える、(iii)0.1mbarを超える、(iv)1mbarを超える、(v)10mbarを超える、(vi)100mbarを超える、(vii)0.001〜0.01mbar、(viii)0.01〜0.1mbar、(ix)0.1〜1mbar、(x)1〜10mbar、および(xi)10〜100mbarからなる群から選択される圧力を維持することが好ましい。   The ion trap is (i) greater than 0.001 mbar, (ii) greater than 0.01 mbar, (iii) greater than 0.1 mbar, (iv) greater than 1 mbar, (v) greater than 10 mbar, (vi) greater than 100 mbar. A group consisting of (vii) 0.001 to 0.01 mbar, (viii) 0.01 to 0.1 mbar, (ix) 0.1 to 1 mbar, (x) 1 to 10 mbar, and (xi) 10 to 100 mbar. It is preferable to maintain a pressure selected from:

三次元イオントラップにおいて理論的にイオンによって占められる体積を示す図である。It is a figure which shows the volume theoretically occupied by ion in a three-dimensional ion trap. 三次元イオントラップにおいて実際にイオンによって占められる体積を示す図である。It is a figure which shows the volume actually occupied by ion in a three-dimensional ion trap. 二次元イオントラップにおいて理論的にイオンによって占められる体積を示す図である。It is a figure which shows the volume theoretically occupied by ion in a two-dimensional ion trap. 二次元イオントラップにおいて実際にイオンによって占められる体積を示す図である。It is a figure which shows the volume actually occupied by ion in a two-dimensional ion trap. 本発明の一実施形態による、一次元イオントラップにおいて理論的にイオンによって占められる体積を示す図である。FIG. 3 shows the volume theoretically occupied by ions in a one-dimensional ion trap, according to one embodiment of the invention. 本発明の一実施形態による、一次元イオントラップにおいて実際にイオンによって占められる体積を示す図である。FIG. 4 shows the volume actually occupied by ions in a one-dimensional ion trap, according to one embodiment of the invention. 四重極ロッドセットを包囲する複数の環状電極を備える、公知の線形または二次元イオントラップを示す図である。FIG. 2 shows a known linear or two-dimensional ion trap with a plurality of annular electrodes surrounding a quadrupole rod set. 羽根電極をもつ四重極ロッドセットを備える、公知の線形または二次元イオントラップを示す図である。FIG. 2 shows a known linear or two-dimensional ion trap with a quadrupole rod set with vane electrodes. セグメント化四重極ロッドセットを備える、公知の線形または二次元イオントラップを示す図である。FIG. 1 shows a known linear or two-dimensional ion trap with a segmented quadrupole rod set. 本発明の好ましい実施形態によるイオントラップを示す図である。FIG. 3 shows an ion trap according to a preferred embodiment of the present invention. 好ましいイオントラップの端面図である。1 is an end view of a preferred ion trap. FIG. 好ましいイオントラップの側面図である。It is a side view of a preferable ion trap. 直流電圧を電極の両端部に印加することにより、好ましいイオントラップ内でx方向にイオンを閉じ込め得る方法を示す図である。It is a figure which shows the method of confining ion to a x direction within a preferable ion trap by applying a DC voltage to the both ends of an electrode. 直流電圧を追加の端板電極に印加することにより、好ましいイオントラップ内でx方向にイオンを閉じ込め得る方法を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a method of confining ions in the x direction within a preferred ion trap by applying a DC voltage to an additional end plate electrode. 高周波電圧を追加のロッド電極に印加することにより、好ましいイオントラップ内でx方向にイオンを閉じ込め得る方法を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a method for confining ions in the x direction within a preferred ion trap by applying a high frequency voltage to an additional rod electrode. 3つの群の電極に印加した直流電位がx方向に沿って変化する好ましい実施形態による方法を示す図である。FIG. 4 shows a method according to a preferred embodiment in which the DC potential applied to the three groups of electrodes varies along the x direction. 直流電位がz方向に変化する方法を示す図である。It is a figure which shows the method in which direct current potential changes to az direction. xy平面における直流電位の三次元表示を示す図である。It is a figure which shows the three-dimensional display of the DC potential in xy plane. イオンチャネルが好ましいイオントラップ内に形成される動作モードを示す図である。FIG. 5 shows an operating mode in which ion channels are formed in a preferred ion trap. イオンは質量対電荷比の選択的にx方向に推進され、次いでイオントラップから質量対電荷比の選択的にz方向に放出される、本発明の好ましい実施形態を示す図である。FIG. 4 illustrates a preferred embodiment of the present invention in which ions are selectively propelled in the x-direction of the mass to charge ratio and then ejected from the ion trap in the z-direction of the mass to charge ratio selectively. 空間電荷効果が含まれなかった、好ましいイオントラップからのイオン放出をモデル化するSIMION(RTM)シミュレーションの結果を示す図である。FIG. 6 shows the results of a SIMION (RTM) simulation that models ion release from a preferred ion trap that did not include space charge effects. 空間電荷効果が含まれた際の、SIMION(RTM)シミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a SIMION (RTM) simulation when the space charge effect is included. 好ましいイオントラップが積層環状イオンガイド(「SRIG」)衝突セルと一体化した、一実施形態を示す図である。FIG. 6 illustrates one embodiment in which a preferred ion trap is integrated with a stacked annular ion guide (“SRIG”) collision cell. イオン源に続き、好ましいイオントラップ、四重極およびイオン検出器と続く一実施形態を示す図である。FIG. 2 illustrates an embodiment following an ion source followed by a preferred ion trap, quadrupole and ion detector. イオン源に続き、四重極、衝突セル、好ましいイオントラップ、別の四重極およびイオン検出器と続く一実施形態を示す図である。FIG. 4 shows an embodiment following an ion source followed by a quadrupole, collision cell, preferred ion trap, another quadrupole and an ion detector. イオン源に続き、好ましいイオントラップ、四重極、衝突セル、別の四重極およびイオン検出器と続く一実施形態を示す図である。FIG. 4 shows an embodiment following an ion source followed by a preferred ion trap, quadrupole, collision cell, another quadrupole and ion detector. イオン源に続き、好ましいイオントラップ、四重極、衝突セルおよび飛行時間型質量分析器と続く一実施形態を示す図である。FIG. 2 shows an embodiment following an ion source followed by a preferred ion trap, quadrupole, collision cell and time-of-flight mass analyzer.

本発明の種々の実施形態を、単に例証する目的で与えられる他の配置と共に、添付図面を参照しながら単なる例としてここで説明する。   Various embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, along with other arrangements given solely for the purpose of illustration.

本発明の好ましい実施形態によるイオントラップを図3Aに示す。イオントラップは、電極の拡大した三次元アレイ301からなる。一実施形態によれば、電極はセグメント化されたロッド電極を備える。   An ion trap according to a preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. 3A. The ion trap consists of a three-dimensional array 301 with enlarged electrodes. According to one embodiment, the electrode comprises a segmented rod electrode.

イオントラップは、電極の2つの水平層を備えるとみなすことができる。イオンは、高周波電圧を電極に印加することにより、垂直(y)方向(すなわち、電極の2つの水平層の間)に閉じ込められる。イオンは、非四重極疑似ポテンシャルにより垂直(y)方向に閉じ込められる。   The ion trap can be considered as comprising two horizontal layers of electrodes. Ions are confined in the vertical (y) direction (ie, between the two horizontal layers of the electrode) by applying a high frequency voltage to the electrode. Ions are confined in the vertical (y) direction by a non-quadrupole pseudopotential.

図3Bは、セグメント化ロッド電極の端面図を示す。好ましい実施形態によれば、概念的にロッドを形成するすべてのセグメント化電極は、高周波電圧の同じ位相で維持されることが好ましい。水平方向に隣接するセグメント化ロッド電極は、反対側の高周波位相で維持されることが好ましい。上層内のセグメント化ロッド電極は、下層内の対応するセグメント化ロッド電極と同じ高周波位相で維持されることが好ましい。   FIG. 3B shows an end view of the segmented rod electrode. According to a preferred embodiment, all the segmented electrodes that conceptually form a rod are preferably maintained in the same phase of the high-frequency voltage. The horizontally adjacent segmented rod electrodes are preferably maintained at the opposite high frequency phase. The segmented rod electrodes in the upper layer are preferably maintained at the same high frequency phase as the corresponding segmented rod electrodes in the lower layer.

図3Bを参照すると、xz平面におけるイオン閉じ込めは、x方向の電極の列に隣接した高周波電圧303の反対側の位相に印加することによって達成されることが好ましい。   Referring to FIG. 3B, ion confinement in the xz plane is preferably achieved by applying the opposite phase of the radio frequency voltage 303 adjacent to the row of electrodes in the x direction.

図3Cは、全体構造の可視化の働きをする電極位置の側面図を示す。   FIG. 3C shows a side view of electrode positions that serve to visualize the overall structure.

四重極直流電位は、四重極直流電位を電極にz方向に印加することにより、z方向に維持されることが好ましい。結果として、イオンは、直方体として図3Aに示されたイオン体積302内に閉じ込められることが好ましい。   The quadrupole DC potential is preferably maintained in the z direction by applying the quadrupole DC potential to the electrodes in the z direction. As a result, the ions are preferably confined within the ion volume 302 shown in FIG. 3A as a cuboid.

イオンは、まずz方向にイオントラップに入り、次いで四重極直流電位を電極にz方向に印加してもよい。別法として、四重極直流電位を電極にz方向に印加してもよく、イオンはイオントラップにx方向に入ってもよい。   The ions may first enter the ion trap in the z direction and then apply a quadrupole DC potential to the electrodes in the z direction. Alternatively, a quadrupole DC potential may be applied to the electrode in the z direction and ions may enter the ion trap in the x direction.

図4A〜4Cを参照すると、多くの様々な技法を使用して、イオンをx方向にイオントラップ内に軸方向に閉じ込めでもよい。   Referring to FIGS. 4A-4C, many different techniques may be used to confine ions axially within the ion trap in the x direction.

図4Aは、補助直流電位401をyz平面における電極の両端部または両最外部に印加することにより、イオンをx方向にイオントラップ内に軸方向に閉じ込める、本発明の好ましい実施形態を示す。この実施形態によれば、イオンは、まずx方向またはz方向のいずれかにイオントラップに入ってもよい。   FIG. 4A shows a preferred embodiment of the present invention where ions are confined axially within the ion trap in the x direction by applying an auxiliary DC potential 401 to both ends of the electrode in the yz plane or to both outermost portions. According to this embodiment, ions may first enter the ion trap in either the x direction or the z direction.

図4Bは、直流電位を追加端板電極402に印加してもよい、代替的実施形態を示す。この実施形態によれば、イオンは、まずz方向を経由してイオントラップに入る。一旦イオンがイオントラップに入ると、次いで四重極電位がz方向に維持されることが好ましい。   FIG. 4B shows an alternative embodiment in which a DC potential may be applied to the additional end plate electrode 402. According to this embodiment, the ions first enter the ion trap via the z direction. Once ions enter the ion trap, the quadrupole potential is then preferably maintained in the z direction.

図4Cは、追加のセグメント化ロッド電極または非セグメント化ロッドセット電極403が提供される、別の代替的実施形態を示す。疑似ポテンシャル障壁または井戸により、イオントラップ内にx方向に軸方向にイオンを閉じ込めるように、セグメント化ロッドセット電極301に印加した高周波電圧も、追加電極403に印加されることが好ましい。この実施形態によれば、イオンは、まずz方向を経由してイオントラップに入る。一旦イオンがイオントラップに入ると、次いで四重極電位がz方向に維持されることが好ましい。   FIG. 4C shows another alternative embodiment in which additional segmented rod electrodes or non-segmented rod set electrodes 403 are provided. The high frequency voltage applied to the segmented rod set electrode 301 is also preferably applied to the additional electrode 403 so that ions are confined in the axial direction in the x direction within the ion trap by the pseudopotential barrier or well. According to this embodiment, the ions first enter the ion trap via the z direction. Once ions enter the ion trap, the quadrupole potential is then preferably maintained in the z direction.

好ましい実施形態によれば、直流電位井戸が図3Cに示したようにz方向に形成されるように、直流四重極電位を、z方向に電極に印加した高周波電圧に重ね合わせることが好ましい。イオンがイオントラップに入る前または後に、四重極電位井戸がz方向に維持されるように、直流電位を電極に印加してもよい。   According to a preferred embodiment, it is preferred that the DC quadrupole potential be superimposed on the high frequency voltage applied to the electrode in the z direction so that the DC potential well is formed in the z direction as shown in FIG. 3C. A DC potential may be applied to the electrodes so that the quadrupole potential well is maintained in the z direction before or after ions enter the ion trap.

z方向に四重極電位または直流電位井戸の形は、イオントラップの長さによって、またはイオントラップの長さに沿って変化することが好ましい。   The shape of the quadrupole or DC potential well in the z direction preferably varies with the length of the ion trap or along the length of the ion trap.

次に、四重極電位がイオントラップの長さによって、またはイオントラップの長さに沿って変化し得る方法の一例を、図5A〜Cを参照により詳細に説明する。   Next, an example of how the quadrupole potential may change with or along the length of the ion trap will be described in detail with reference to FIGS.

図5Aは、図3Aにおいて304、305、306と付された電極の3線に沿って印加された電位のグラフを示し、電極の3線はz方向に異なる変化を有する。イオントラップの中心に向かって配置された電極304はz方向に低い電位勾配またはゼロ電位勾配を有する一方で、イオントラップの中心から最も遠くに配置された電極306は、高い電位勾配を有することが図5Aから明らかである。この効果は、イオンをz方向にイオントラップの中心に向かって注ぎ込むまたは移動させ、またイオンをx方向にゼロ変位を有するイオントラップの一端に向かって移動させる電界を提供することである。x方向への電界の大きさは、z方向での位置によって変化することが好ましく、その結果、電界によってイオンが、z方向へのイオンの相対位置に依存してx方向に実質的に異なる加速を受けることが好ましい。   FIG. 5A shows a graph of potential applied along the three lines of electrodes labeled 304, 305, 306 in FIG. 3A, the three lines of electrodes having different changes in the z direction. The electrode 304 disposed toward the center of the ion trap may have a low or zero potential gradient in the z-direction, while the electrode 306 disposed farthest from the center of the ion trap may have a high potential gradient. It is clear from FIG. 5A. The effect is to provide an electric field that pours or moves the ions in the z direction toward the center of the ion trap and moves the ions toward one end of the ion trap with zero displacement in the x direction. The magnitude of the electric field in the x direction preferably varies with the position in the z direction, so that the ions cause the ions to accelerate substantially different in the x direction depending on the relative position of the ions in the z direction. Is preferred.

図5Bは、図3Aにおいて307、308、309と付された電極の3線に沿って印加された電位のグラフを示し、電極の3線307、308、309はx方向に異なる変位を有する。x方向にゼロに最も近い変位を有する電極307は、z方向に電極を横切って維持された狭い四重極電位を有する一方で、x方向に最大変位を有して配置された電極309は、z方向に電極を横切って維持された深い四重極電位を有する。   FIG. 5B shows a graph of the potential applied along the three lines of electrodes labeled 307, 308, 309 in FIG. 3A, where the three lines of electrodes 307, 308, 309 have different displacements in the x direction. An electrode 307 having a displacement closest to zero in the x direction has a narrow quadrupole potential maintained across the electrode in the z direction, while an electrode 309 arranged with a maximum displacement in the x direction is It has a deep quadrupole potential maintained across the electrode in the z direction.

図5Cは、印加された電位の可視化の働きをする印加された電位の三次元グラフを示す。   FIG. 5C shows a three-dimensional graph of the applied potential that serves to visualize the applied potential.

本発明の実施形態は、イオンを好ましいイオントラップからz方向に1方向にみに質量または質量対電荷比の選択的に放出することが企図される。代替的実施形態では、イオンを好ましいイオントラップからx方向のみにまたはx方向とz方向の両方に質量または質量対電荷比の選択的に放出する。一実施形態によれば、z方向に維持される四重極電位は、四重極電位が電極の大半を横切って維持されてもよいが、イオントラップの一方の側面上の電極の一部は、定電位で維持されてもよいという意味で非対称であってもよい。結果として、四重極電位が維持され、これは電位井戸の一方の側面をz方向に効果的に切り捨てられる。したがって、電位井戸の一方の側面上の最大電位は、電位井戸の他方の側面上の最大電位より大きくてもよいことが明らかになろう。   Embodiments of the present invention are intended to selectively eject ions from a preferred ion trap in one direction in the z direction, either mass or mass to charge ratio. In an alternative embodiment, ions are selectively ejected from the preferred ion trap in the x direction only or in both the x and z directions, either in mass or mass to charge ratio. According to one embodiment, the quadrupole potential maintained in the z-direction may be maintained across most of the electrodes, while a portion of the electrodes on one side of the ion trap is It may be asymmetric in the sense that it may be maintained at a constant potential. As a result, a quadrupole potential is maintained, which effectively truncates one side of the potential well in the z direction. Thus, it will be apparent that the maximum potential on one side of the potential well may be greater than the maximum potential on the other side of the potential well.

好ましい実施形態によるイオントラップは、いくつかの異なる動作モードに使用されてもよい。   The ion trap according to the preferred embodiment may be used for several different modes of operation.

ある動作モードでは、イオントラップは、イオン透過装置として、および/または衝突セルとして使用されてもよい。これは適切な直流電位を電極に印加することによって達成することができ、その結果、イオンが通過する1つまたは複数のイオン透過チャネルが存在する。図6Aは、イオントラップがイオンガイドとして、および/または衝突セルとして動作する一実施形態を示す。   In certain modes of operation, the ion trap may be used as an ion transmission device and / or as a collision cell. This can be accomplished by applying an appropriate DC potential to the electrode, so that there is one or more ion permeable channels through which ions pass. FIG. 6A illustrates one embodiment where the ion trap operates as an ion guide and / or as a collision cell.

図6Bは、イオンをイオントラップからz方向に放出する、好ましい実施形態を示す。直流電位を電極にz方向に示されたような方法で、また図5に関連して上述のように印加することが好ましい。   FIG. 6B shows a preferred embodiment in which ions are ejected from the ion trap in the z direction. A DC potential is preferably applied to the electrode in the manner shown in the z-direction and as described above in connection with FIG.

イオントラップ内でイオンを共鳴的に励起するために、交流電圧または微弱な電圧(tickling voltage)を電極に印加することが好ましい。交流電圧または微弱な電圧の印加によって、イオンをz方向に振動させることが好ましい。z方向へのイオンの振動の振幅は、イオンの質量または質量対電荷比に依存することが好ましい。上に論じたように、電界はイオンを、z方向へのイオンの相対位置に依存してx方向に実質的に異なる加速度場に直面させる。したがって、電界がイオンを、z方向へのイオンの振動の振幅に依存した力でx方向に推進させ、次いでこれはイオンの質量または質量対電荷比に依存する。   In order to resonately excite ions in the ion trap, it is preferable to apply an AC voltage or a weak voltage (tickling voltage) to the electrodes. It is preferable to vibrate ions in the z direction by applying an alternating voltage or a weak voltage. The amplitude of ion vibration in the z direction is preferably dependent on the mass of the ion or the mass to charge ratio. As discussed above, the electric field causes the ions to face a substantially different acceleration field in the x direction depending on the relative position of the ions in the z direction. Thus, the electric field propels the ion in the x direction with a force that depends on the amplitude of the ion's vibration in the z direction, which in turn depends on the mass or mass to charge ratio of the ion.

したがって、電界と一緒に交流電圧または微弱な電圧を印加すると、イオンが大半のイオントラップ内からイオントラップの一領域に(すなわち、図6Bに示したようにイオントラップの左側面に向かってx方向に)向かって質量対電荷比に依存する方法で押圧されることが好ましい。イオントラップは、イオンが特定のイオン放出領域から以外のどこからも放出できないように配置されることが好ましい。イオンは、直流四重極電位井戸によりz方向に閉じ込められることが好ましく、井戸の少なくとも一面の高さは、z方向への振動の振幅を有するイオンが、x方向に放出領域から離間した領域にイオントラップによって閉じ込められるように、放出領域に向かってx方向での位置によって低減する。z方向への振動の同じ振幅を有する放出領域におけるイオンは直流電位井戸を超えることができ、イオントラップから放出される。イオントラップから放出されたイオンは直接検出されてもよく、あるいはさらなる処理もしくは検出のために別の高周波装置および/または質量分析器に移されてもよい。   Therefore, when an AC voltage or a weak voltage is applied together with the electric field, ions are transferred from most of the ion trap to a region of the ion trap (ie, toward the left side of the ion trap as shown in FIG. 6B). Preferably) in a manner depending on the mass-to-charge ratio. The ion trap is preferably arranged so that ions cannot be emitted from anywhere other than from a specific ion emission region. The ions are preferably confined in the z-direction by a DC quadrupole potential well, and the height of at least one surface of the well is such that ions having an amplitude of oscillation in the z-direction are located in a region separated from the emission region in the x-direction. Reduced by the position in the x direction towards the emission region to be confined by the ion trap. Ions in the emission region with the same amplitude of oscillation in the z direction can cross the DC potential well and are ejected from the ion trap. The ions emitted from the ion trap may be detected directly or transferred to another radio frequency device and / or mass analyzer for further processing or detection.

好ましいイオントラップは、イオン光学モデリングパッケージSIMION(RTM)を使用してモデル化されてきた。図7Aは、400、450および500Daの質量対電荷比を有するようにモデル化された3群に対して、好ましいイオントラップからのイオンの放出時間のグラフを示す。この例では空間電荷効果を無視した。まず400の質量対電荷比を有するイオン、続いて450の質量対電荷比を有するイオン、続いて500の質量対電荷比を有するイオンが放出されたことは明らかである。   Preferred ion traps have been modeled using the ion optical modeling package SIMION (RTM). FIG. 7A shows graphs of ion release times from preferred ion traps for three groups modeled to have mass-to-charge ratios of 400, 450 and 500 Da. In this example, the space charge effect was ignored. It is clear that ions having a mass to charge ratio of 400 were first released, followed by ions having a mass to charge ratio of 450, followed by ions having a mass to charge ratio of 500.

また、イオントラップ内の非常に大きい空間電荷の効果を解明するために、約1x106の電荷をイオントラップ内に含む、同一のシミュレーションも行った。比較として、イオントラップ内の電荷数がほぼ1x103であるとき、従来の三次元イオントラップの性能は低下することが公知である。二次元または線形トラップに対する相当数は、ほぼ5x104になるように事前に決定した。 In order to elucidate the effect of the very large space charge in the ion trap, the same simulation was performed, including approximately 1 × 10 6 charges in the ion trap. As a comparison, it is known that the performance of a conventional three-dimensional ion trap is degraded when the number of charges in the ion trap is approximately 1 × 10 3 . A considerable number for two-dimensional or linear traps was predetermined to be approximately 5 × 10 4 .

図7Bは、空間電荷効果が含まれた際の、SIMION(RTM)シミュレーションに対する放出時間を示す。ピーク放出時間もピーク幅も(故にイオントラップの分解能も)いずれも、このような大量の空間電荷の存在に起因して過度に影響を及ぼされることはなかった。   FIG. 7B shows the release time for a SIMION (RTM) simulation when space charge effects are included. Neither the peak emission time nor the peak width (and hence the ion trap resolution) was unduly affected due to the presence of such a large amount of space charge.

したがって、図7Aと7Bの比較から明らかになるように、拡大されたイオン閉じ込め体積を有する好ましいイオントラップは、従来の二次元および三次元イオントラップに比べて特に有利である。   Thus, as will become apparent from a comparison of FIGS. 7A and 7B, preferred ion traps with expanded ion confinement volumes are particularly advantageous over conventional two-dimensional and three-dimensional ion traps.

図8は、好ましいイオントラップが積層環状イオンガイド(「SRIG」)衝突セルと一体化した、本発明の別の実施形態を示す。積層環状イオンガイドは、良好なフラグメンテーション効率のためにアルゴンガスを含有することが好ましい一方で、好ましいイオントラップは、良好な放出効率のためにヘリウムガスを含有することが好ましい。衝突セルとイオントラップを単一のイオン透過および/または衝突セルとして連携して使用してもよい。   FIG. 8 illustrates another embodiment of the present invention in which a preferred ion trap is integrated with a stacked annular ion guide (“SRIG”) collision cell. The laminated annular ion guide preferably contains argon gas for good fragmentation efficiency, while the preferred ion trap preferably contains helium gas for good emission efficiency. The collision cell and ion trap may be used in conjunction as a single ion transmission and / or collision cell.

別法として、衝突セルとイオントラップを個別に使用してもよい、すなわち衝突セルはイオンをフラグメント化するかつ/または積層するために使用されてもよく、イオントラップは、積層環状イオンガイドに積層したイオンを保持し放出するために使用されてもよい。   Alternatively, the collision cell and ion trap may be used separately, i.e., the collision cell may be used to fragment and / or stack ions, and the ion trap is stacked on a stacked annular ion guide. May be used to hold and release the generated ions.

図9A〜Dは、本発明の様々な実施形態による機器の配置例を示す。これらの例を超えるより多くの構造の可能性があることは当業者には明らかになろう。   9A-D show examples of equipment arrangements according to various embodiments of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that there are more structural possibilities beyond these examples.

図9Aは、イオン源に続き、好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて四重極、続いてイオン検出器と続く一実施形態を示す。   FIG. 9A shows an embodiment following an ion source, followed by an ion trap according to a preferred embodiment, followed by a quadrupole, followed by an ion detector.

図9Bは、イオン源に続き、四重極、続いて衝突セル、続いて好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて第2の四重極およびイオン検出器を備える一実施形態を示す。   FIG. 9B shows an embodiment comprising an ion source followed by a quadrupole, followed by a collision cell, followed by an ion trap according to a preferred embodiment, followed by a second quadrupole and an ion detector.

図9Cは、イオン源に続き、好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて四重極、続いて衝突セル、続いて第2の四重極およびイオン検出器を備える一実施形態を示す。   FIG. 9C shows an embodiment comprising an ion source followed by an ion trap according to a preferred embodiment, followed by a quadrupole, followed by a collision cell, followed by a second quadrupole and an ion detector.

図9Dは、イオン源に続き、好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて四重極、続いて衝突セルおよび飛行時間型質量分析器を備える一実施形態を示す。   FIG. 9D shows an embodiment comprising an ion source followed by an ion trap according to a preferred embodiment, followed by a quadrupole, followed by a collision cell and a time-of-flight mass analyzer.

様々な修正が本発明の範囲から逸脱することなく、上に論じた特定の実施形態になされてもよいことが明らかになろう。   It will be apparent that various modifications may be made to the specific embodiments discussed above without departing from the scope of the invention.

たとえば、実施形態は、イオントラップを備える電極が、ロッドの形状ではない電極を含んでもよいことが企図される。たとえば、電極は、複数の積層板電極、複数の積層環状電極、複数のC型電極の複数の積層半環状電極を備えてもよい。   For example, it is contemplated that an electrode comprising an ion trap may include an electrode that is not in the form of a rod. For example, the electrode may include a plurality of laminated plate electrodes, a plurality of laminated annular electrodes, and a plurality of laminated semi-annular electrodes of a plurality of C-type electrodes.

あまり好ましくない実施形態によれば、印加した直流電位は非四重極であってもよい。   According to a less preferred embodiment, the applied DC potential may be a non-quadrupole.

一実施形態によれば、直流電位井戸は、イオントラップの一方の側面がイオントラップの他方の側面より深くてもよい。結果として、イオンは2方向に放出されるより、むしろ1方向に放出される方が好ましい。   According to one embodiment, the DC potential well may have one side of the ion trap deeper than the other side of the ion trap. As a result, ions are preferably emitted in one direction rather than in two directions.

一実施形態によれば、イオントラップからイオンが出る方向を、イオンのすべてもしくは選択部分が好ましくは一方の方向から出る、またはイオンのすべてもしくは選択部分が好ましくは他方の方向から出るように、直流井戸の深さを適切に変化させることによって変えてもよい。   According to one embodiment, the direction of ions exiting the ion trap is determined by direct current so that all or selected portions of ions preferably exit from one direction, or all or selected portions of ions preferably exit from the other direction. It may be changed by appropriately changing the depth of the well.

一実施形態によれば、隣接する質量分析器のm/z走査と連結した直流井戸から質量対電荷比のイオンを放出する、動作に連結した走査モードでイオントラップを作動させてもよい。   According to one embodiment, the ion trap may be operated in a scan mode coupled to operation that emits mass-to-charge ratio ions from a DC well coupled to an m / z scan of an adjacent mass analyzer.

一実施形態によれば、2つ以上の放出領域が存在してもよい。   According to one embodiment, there may be more than one emission region.

一実施形態によれば、イオンは1つの場所から注入されてもよく、同じ場所から放出されてもよく、または別の空間的に異なる場所から放出されてもよい。   According to one embodiment, ions may be implanted from one location, may be emitted from the same location, or may be emitted from another spatially different location.

一実施形態によれば、2つ以上のイオン圧縮領域が提供されてもよい、すなわちイオンを羽根に保存し、次いで質量対電荷比法で放出領域の中心に移動してもよい。   According to one embodiment, more than one ion compression region may be provided, i.e. ions may be stored in the vane and then moved to the center of the emission region in a mass-to-charge ratio manner.

本発明は好ましい実施形態を参照に記載されているが、形式および詳細の様々な変更が、添付の特許請求の範囲に説明したように、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが、当業者には理解されよう。   Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, various changes in form and detail can be made without departing from the scope of the invention, as set forth in the appended claims. Those skilled in the art will appreciate.

Claims (37)

イオントラップ内でイオンを第1(y)の方向および第2(x)の方向に閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生するように配置され適合された第1の装置と、
前記イオントラップ内でイオンを第3(z)の方向に閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生するように配置され適合された第2の装置と、
前記イオントラップのイオン放出領域から前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、イオンを前記第3(z)の方向に励起するように配置され適合された第3の装置とを備え、
電界が前記第2(x)の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第2(x)の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第2(x)の方向への前記電界の大きさは、前記第3(z)の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第3(z)の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第2(x)の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
A first arranged and adapted to generate a radially asymmetric pseudopotential barrier or well that serves to confine ions in a first (y) direction and a second (x) direction within the ion trap. Equipment,
A second device arranged and adapted to generate a substantially quadrupole DC potential well that serves to confine ions in the third (z) direction within the ion trap;
The ions are selectively emitted from the ion emission region of the ion trap in the second (x) direction and / or the third (z) direction so that ions are selectively emitted in a mass or mass-to-charge ratio. A third device arranged and adapted to excite in the direction of (z),
The substantially quadrupole DC potential well profile gradually changes along the second (x) direction so that an electric field is maintained along the second (x) direction. The magnitude of the electric field in the direction of the second (x) varies with the position in the direction of the third (z) so that the ions propel, flow or guide ions toward the ion emission region. And the electric field causes the mass to be exposed to an acceleration field that is substantially different in the second (x) direction, depending on the relative position of the ion in the third (z) direction. Selective ion trap for charge ratio.
イオントラップ内で第1(y)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第2(x)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、直流電位の障壁または井戸を発生するように配置され適合された第1の装置と、
前記イオントラップ内でイオンを第3(z)の方向に閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生するように配置され適合された第2の装置と、
前記イオントラップのイオン放出領域から前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、イオンを前記第3(z)の方向に励起するように配置され適合された第3の装置とを備え、
電界が前記第2(x)の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第2(x)の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第2(x)の方向への前記電界の大きさは、前記第3(z)の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第3(z)の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第2(x)の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
A pseudopotential barrier or well that acts to confine ions in the first (y) direction within the ion trap and a DC potential barrier or well that acts to confine ions in the second (x) direction are generated. A first device arranged and adapted such that
A second device arranged and adapted to generate a substantially quadrupole DC potential well that serves to confine ions in the third (z) direction within the ion trap;
The ions are selectively emitted from the ion emission region of the ion trap in the second (x) direction and / or the third (z) direction so that ions are selectively emitted in a mass or mass-to-charge ratio. A third device arranged and adapted to excite in the direction of (z),
The substantially quadrupole DC potential well profile gradually changes along the second (x) direction so that an electric field is maintained along the second (x) direction. The magnitude of the electric field in the direction of the second (x) varies with the position in the direction of the third (z) so that the ions propel, flow or guide ions toward the ion emission region. And the electric field causes the mass to be exposed to an acceleration field that is substantially different in the second (x) direction, depending on the relative position of the ion in the third (z) direction. Selective ion trap for charge ratio.
前記第1(y)の方向および/または前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向は、実質的に直交する、請求項1または2に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The mass or mass pair according to claim 1 or 2, wherein the first (y) direction and / or the second (x) direction and / or the third (z) direction are substantially orthogonal. Selective ion trap for charge ratio. 複数の電極をさらに含む、請求項1、2または3に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   4. A mass or mass to charge ratio selective ion trap according to claim 1, 2 or 3, further comprising a plurality of electrodes. 前記複数の電極は、
(i)複数のまたは少なくとも4、5、6、7、8、9、10、10〜20、20〜30、30〜40、40〜50、50〜60、60〜70、70〜80、80〜90、90〜100もしくは100を超えるロッドセットまたはセグメント化ロッドセットを含む、多極ロッドセットあるいはセグメント化多極ロッドセット、ならびに/あるいは、
(ii)複数のまたは少なくとも4、5、6、7、8、9、10、10〜20、20〜30、30〜40、40〜50、50〜60、60〜70、70〜80、80〜90、90〜100もしくは100を超える環状、リング、または長円形の電極であって、使用時にそれを通ってイオンを透過する1つまたは複数の孔を有する、環状、リング、または長円形の電極を含む、イオントンネルあるいはイオンファンネル、ならびに/あるいは、
(iii)複数のまたは少なくとも4、5、6、7、8、9、10、10〜20、20〜30、30〜40、40〜50、50〜60、60〜70、70〜80、80〜90、90〜100もしくは100を超える半環状、半リング、半長円形、またはC型の電極、ならびに/あるいは、
(iv)使用時にイオンが移動する平面に概ね配置される平面電極、平板電極もしくはメッシュ電極の積層またはアレイとを含む、請求項4に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
The plurality of electrodes are:
(I) Multiple or at least 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80 -90, 90-100 or more than 100 rod sets or segmented rod sets, multipole rod sets or segmented multipole rod sets, and / or
(Ii) a plurality or at least 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80 ~ 90, 90-100 or more than 100 annular, ring, or oval electrodes, with one or more apertures through which ions pass through in use, annular, ring, or oval An ion tunnel or ion funnel containing electrodes, and / or
(Iii) a plurality or at least 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80 ~ 90, 90-100 or more than 100 semi-annular, semi-ring, semi-oval, or C-shaped electrodes, and / or
5. A mass or mass to charge ratio selective ion trap according to claim 4, comprising (iv) a planar electrode, a plate electrode, or a stack or array of planar electrodes or mesh electrodes generally disposed in a plane in which ions travel in use.
前記第1の装置は、少なくとも一部の前記電極に高周波電圧を印加するように配置され適合される、請求項4または5に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   6. A mass or mass to charge ratio selective ion trap according to claim 4 or 5, wherein the first device is arranged and adapted to apply a radio frequency voltage to at least some of the electrodes. 前記イオントラップは、前記第3(z)の方向に前記イオントラップの実線および/または直線の透視線があるように配置され適合される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The mass according to any one of the preceding claims, wherein the ion trap is arranged and adapted so that there is a solid and / or straight perspective line of the ion trap in the third (z) direction. Or mass-to-charge selective ion trap. 前記イオントラップは、前記第2(x)の方向に前記イオントラップの実線および/または直線の透視線があるように配置され適合される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The mass according to any one of claims 1 to 7, wherein the ion trap is arranged and adapted such that there is a solid and / or straight perspective line of the ion trap in the second (x) direction. Or mass-to-charge selective ion trap. 前記第2の装置は、(i)前記実質的に四重極直流電位井戸の極小は、前記イオントラップの中心軸に沿うように、または(ii)前記実質的に四重極直流電位井戸の極小は、前記イオントラップの中心軸からずれるように、前記実質的に四重極直流電位井戸を形成するように配置され適合される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The second device may be (i) such that the minimum of the substantially quadrupole DC potential well is along the central axis of the ion trap or (ii) the substantially quadrupole DC potential well. A mass according to any one of claims 1 to 8, wherein a minimum is arranged and adapted to form the substantially quadrupole DC potential well so as to be offset from the central axis of the ion trap. Selective ion trap with mass-to-charge ratio. 前記疑似ポテンシャル障壁または井戸は、非四重極疑似ポテンシャル障壁または井戸を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   10. The mass or mass to charge ratio selective ion trap according to any one of claims 1 to 9, wherein the pseudopotential barrier or well comprises a non-quadrupole pseudopotential barrier or well. 前記第3の装置は、イオンを前記第3(z)の方向に振動させるように配置され適合され、前記第3(z)の方向のへ前記イオンの振動の振幅は、前記イオンの質量または質量対電荷比に依存する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The third device is arranged and adapted to vibrate ions in the third (z) direction, wherein the amplitude of the ion vibration in the third (z) direction is the mass of the ions or 11. A mass or mass to charge ratio selective ion trap according to any one of the preceding claims, depending on the mass to charge ratio. 前記電界は、前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する前に、前記第3(z)の方向に前記イオンの振動の振幅に依存する力で前記イオンを前記第2(x)の方向に推進させる、請求項11に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The electric field is applied in the third (z) direction before selectively ejecting ions of mass or mass-to-charge ratio in the second (x) direction and / or the third (z) direction. 12. The mass or mass to charge ratio selective ion trap of claim 11, wherein the ions are propelled in the second (x) direction with a force that depends on the amplitude of vibration of the ions. 前記電界は、前記第2(x)の方向に沿って次第に増加する、または低減する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   13. The mass or mass to charge ratio selective ion trap according to any one of claims 1 to 12, wherein the electric field gradually increases or decreases along the second (x) direction. 前記四重極直流電位井戸によりイオンを前記第3(z)の方向に閉じ込め、前記第3(z)の方向に振動の振幅を有するイオンが、前記第2(x)の方向に前記放出領域から離間した領域内の前記イオントラップによって閉じ込められ、その一方で前記第3(z)の方向に振動の同じ振幅を有する前記放出領域内のイオンが、前記直流電位井戸を超えることができ、前記イオントラップから放出されるように、前記井戸の少なくとも一方の側面の高さは、前記放出領域に向かって前記第2(x)の方向での位置によって減少する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   Ions are confined in the third (z) direction by the quadrupole DC potential well, and ions having vibration amplitude in the third (z) direction are emitted in the second (x) direction in the emission region. Ions in the emission region that are confined by the ion trap in a region away from the other while having the same amplitude of vibration in the third (z) direction can exceed the DC potential well, 14. The height of at least one side of the well decreases with the position in the second (x) direction towards the emission region, so as to be emitted from the ion trap. A selective ion trap of the mass or mass-to-charge ratio of claim 1. 前記第2の装置は、前記第3(z)の方向に配置された電極のすべてではないが一部を横切る、前記実質的に四重極直流電位井戸を維持するように配置され適合される、請求項4、5または6のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The second device is arranged and adapted to maintain the substantially quadrupole DC potential well across all but not all of the electrodes arranged in the third (z) direction. A selective ion trap of mass or mass to charge ratio according to any one of claims 4, 5 or 6. 前記第2の装置は、第3(z)の方向に前記イオントラップの幅のx%を横切る実質的に四重極直流電位井戸を維持するように配置され適合される、但し、xは、(i)10未満、(ii)10〜20、(iii)20〜30、(iv)30〜40、(v)40〜50、(vi)50〜60、(vii)60〜70、(viii)70〜80、(ix)80〜90、(x)90〜95、および(xi)95〜99からなる群から選択される、請求項1〜15のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The second device is arranged and adapted to maintain a substantially quadrupole DC potential well across x% of the width of the ion trap in a third (z) direction, where x is (I) less than 10, (ii) 10-20, (iii) 20-30, (iv) 30-40, (v) 40-50, (vi) 50-60, (vii) 60-70, (viii) The mass or mass according to any one of claims 1 to 15, selected from the group consisting of: 70-80, (ix) 80-90, (x) 90-95, and (xi) 95-99. Selective ion trap with charge-to-charge ratio. 前記第2の装置は、前記イオントラップを横切る前記第3(z)の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、前記直流電位のプロファイルは第1の領域および1つまたは複数の第2の領域を含み、前記第1の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に四重極であり、前記1つまたは複数の第2の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に線形、一定、または非四重極である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The second device is arranged and adapted to maintain a direct current potential profile in the third (z) direction across the ion trap, the direct current potential profile comprising the first region and one or more. The DC potential profile in the first region is substantially quadrupole, and the DC potential profile in the one or more second regions is substantially linear. The selective ion trap of mass or mass to charge ratio according to any one of claims 1 to 16, which is constant, non-quadrupole. 前記第2の装置は、前記イオントラップの中心軸に対して非対称である、前記第3(z)の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合される、請求項1〜17のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   18. The second device of claim 1-17, wherein the second device is arranged and adapted to maintain a DC potential profile in the third (z) direction that is asymmetric with respect to a central axis of the ion trap. A selective ion trap of mass or mass-to-charge ratio according to any one of the above. 前記第2の装置は、前記第3(z)の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、その結果イオンは前記実質的に四重極直流井戸から一方向のみに放出される、請求項1〜18のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The second device is arranged and adapted to maintain a DC potential profile in the third (z) direction so that ions are ejected from the substantially quadrupole DC well in only one direction. 19. A selective ion trap of mass or mass to charge ratio according to any one of claims 1-18. 前記第3の装置は、イオンが前記イオントラップから(i)前記第3の方向または前記第2の方向のみ、または(ii)第3の方向および第2の方向の両方のいずれかに質量または質量対電荷比の選択的に放出されるように配置され適合される、請求項1〜19のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The third device may be configured such that ions from the ion trap are either (i) in the third direction or only in the second direction, or (ii) in either the third direction or the second direction, or 20. A mass or mass to charge ratio selective ion trap according to any one of the preceding claims, arranged and adapted to be selectively released in a mass to charge ratio. 前記第3の装置は、前記第3(z)の方向にイオンを共鳴的に励起するように配置され適合される、請求項4、5、6、15のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。 16. The mass according to any one of claims 4, 5, 6, 15 , wherein the third device is arranged and adapted to resonantly excite ions in the third (z) direction. Selective ion trap with mass-to-charge ratio. 前記第3の装置は、補助交流電圧または補助交流電位をωと等しい周波数σを有する少なくとも一部の前記電極に印加するように配置され適合され、ωは前記イオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数である、請求項21に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The third device is arranged and adapted to apply an auxiliary AC voltage or an auxiliary AC potential to at least some of the electrodes having a frequency σ equal to ω, where ω is an ion that is preferably emitted from the ion trap. The mass or mass to charge ratio selective ion trap of claim 21, wherein the ion trap is a fundamental frequency or resonance frequency of 前記第3の装置は、前記第3(z)の方向にイオンをパラメトリックに励起するように配置され適合される、請求項4、5、6、15のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。 16. A mass or mass according to any one of claims 4, 5, 6, 15 wherein the third device is arranged and adapted to parametrically excite ions in the third (z) direction. Selective ion trap with charge-to-charge ratio. 前記第3の装置は、補助交流電圧または補助交流電位を、2ω、0.667ω、0.5ω、0.4ω、0.33ω、0.286ω、0.25ωに等しい、または0.25ω未満の周波数σを有する、少なくとも一部の前記電極に印加するように配置され適合され、ωは前記イオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数 である、請求項23に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The third device has an auxiliary AC voltage or auxiliary AC potential equal to 2ω, 0.667ω, 0.5ω, 0.4ω, 0.33ω, 0.286ω, 0.25ω, or less than 0.25ω. 24. The mass or resonance according to claim 23, arranged and adapted to be applied to at least some of the electrodes having a frequency σ, wherein ω is the fundamental or resonance frequency of ions desired to be ejected from the ion trap. Selective ion trap with mass-to-charge ratio. 前記第3の装置は、前記補助交流電圧または前記補助交流電位の周波数σを走査する、変化させる、修正する、増加させる、次第に増加させる、低減させる、または次第に低減させるように配置され適合される、請求項22または24に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The third device is arranged and adapted to scan, change, modify, increase, gradually increase, decrease or gradually decrease the frequency σ of the auxiliary AC voltage or the auxiliary AC potential. 25. A selective ion trap of mass or mass to charge ratio according to claim 22 or 24. 前記第3の装置は、(i)イオンの質量対電荷比の順に前記イオントラップからイオンを放出するための動作モードに、かつ/または(ii)イオンの質量対電荷比と逆の順に前記イオントラップからイオンを放出するための動作モードに配置され適合される、請求項1〜25のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The third device is (i) in an operating mode for ejecting ions from the ion trap in the order of ion mass-to-charge ratio and / or (ii) the ions in the order opposite to the ion mass-to-charge ratio. 26. A mass or mass to charge ratio selective ion trap according to any one of the preceding claims, arranged and adapted to an operating mode for emitting ions from the trap. 前記第3の装置は、実質的に断熱手法で前記イオントラップからイオンを放出させるように配置され適合される、請求項1〜26のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   27. Selection of mass or mass to charge ratio according to any one of claims 1 to 26, wherein the third device is arranged and adapted to eject ions from the ion trap in a substantially adiabatic manner. Ion trap. 前記第3の装置は、(i)0.5eV未満、(ii)0.5〜1.0eV、(iii)1.0〜1.5eV、(iv)1.5〜2.0eV、(v)2.0〜2.5eV、(vi)2.5〜3.0eV、(vii)3.0〜3.5eV、(viii)3.5〜4.0eV、(ix)4.0〜4.5eV、(x)4.5〜5.0eV、および(xi)5.0eVを超えるエネルギーからなる群から選択されるイオンエネルギーで前記イオントラップからイオンを放出させるように配置され適合される、請求項1〜27のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。   The third device is (i) less than 0.5 eV, (ii) 0.5 to 1.0 eV, (iii) 1.0 to 1.5 eV, (iv) 1.5 to 2.0 eV, (v ) 2.0-2.5 eV, (vi) 2.5-3.0 eV, (vii) 3.0-3.5 eV, (viii) 3.5-4.0 eV, (ix) 4.0-4 Arranged and adapted to emit ions from the ion trap with an ion energy selected from the group consisting of .5 eV, (x) 4.5-5.0 eV, and (xi) greater than 5.0 eV. 28. A selective ion trap of mass or mass to charge ratio according to any one of claims 1-27. 前記イオントラップは、前記イオントラップ内にN個のイオン電荷を含むように配置され適合され、Nは、(i)5x104未満、(ii)5x104〜1x105、(iii)1x105〜2x105、(iv)2x105〜3x105、(v)3x105〜4x105、(vi)4x105〜5x105、(vii)5x105〜6x105、(viii)6x105〜7x105、(ix)7x105〜8x105、(x)8x105〜9x105、(xi)9x105〜1x106および(xii)1x106を超える数からなる群から選択される、請求項1〜28のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。 Said ion trap, said arranged to include the N ionic charge within the ion trap is adapted, N is (i) 5x10 less than 4, (ii) 5x10 4 ~1x10 5, (iii) 1x10 5 ~2x10 5, (iv) 2x10 5 ~3x10 5, (v) 3x10 5 ~4x10 5, (vi) 4x10 5 ~5x10 5, (vii) 5x10 5 ~6x10 5, (viii) 6x10 5 ~7x10 5, (ix) 7x10 5 ~8x10 5, (x) 8x10 5 ~9x10 5, (xi) 9x10 5 ~1x10 6 and (xii) is selected from the group consisting of the number of more than 1x10 6, any one of claims 1 to 28 A selective ion trap of the mass or mass to charge ratio described in 1. 動作モードにおいて、前記イオントラップの少なくとも一領域または実質的に全体は、
(i)イオンガイドとして、および/または、
(ii)衝突セルもしくはフラグメンテーションセルとして、および/または、
(iii)反応セルとして、および/または、
(ii)質量フィルタとして、および/または、
(iii)飛行時間型分離器として、および/または、
(iv)イオン移動度分離器として、および/または、
(v)差動イオン移動度分離器として、作動するように配置され適合される、請求項1〜29のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
In an operating mode, at least a region or substantially the entire ion trap is
(I) as an ion guide and / or
(Ii) as a collision cell or fragmentation cell and / or
(Iii) as a reaction cell and / or
(Ii) as a mass filter and / or
(Iii) as a time-of-flight separator and / or
(Iv) as an ion mobility separator and / or
30. A mass or mass to charge ratio selective ion trap according to any one of the preceding claims, arranged and adapted to operate as a differential ion mobility separator.
動作モードにおいて、前記イオントラップは、(i)1.0x10-7mbar未満、(ii)1.0x10-7〜1.0x10-6mbar、(iii)1.0x10-6〜1.0x10-5mbar、(iv)1.0x10-5〜1.0x10-4mbar、(v)1.0x10-4〜1.0x10-3mbar、(vi)0.001〜0.01mbar、(vii)0.01〜0.1mbar、(viii)0.1〜1mbar、(ix)1〜10mbar、(x)10〜100mbar、および(xi)100〜1000mbarからなる群から選択される圧力で維持するように配置され適合される、請求項1〜30のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。 In operating mode, the ion trap is (i) less than 1.0 × 10 −7 mbar, (ii) 1.0 × 10 −7 to 1.0 × 10 −6 mbar, (iii) 1.0 × 10 −6 to 1.0 × 10 −5. mbar, (iv) 1.0 × 10 −5 to 1.0 × 10 −4 mbar, (v) 1.0 × 10 −4 to 1.0 × 10 −3 mbar, (vi) 0.001 to 0.01 mbar, (vii) 0. Arranged to maintain at a pressure selected from the group consisting of 01-0.1 mbar, (viii) 0.1-1 mbar, (ix) 1-10 mbar, (x) 10-100 mbar, and (xi) 100-1000 mbar 31. A mass or mass-to-charge ratio selective ion trap according to any one of claims 1-30. 請求項1〜31のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップを備える質量分析計。   A mass spectrometer comprising a selective ion trap of mass or mass-to-charge ratio according to any one of claims 1-31. イオントラップ内で第1(y)の方向および第2(x)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生することと、
前記イオントラップ内で第3(z)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生することであって、電界が前記第2(x)の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第2(x)の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオントラップのイオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第2(x)の方向への前記電界の大きさは、前記第3(z)の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第3(z)の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第2(x)の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、発生することと、
前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、前記第3(z)の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法。
Generating a radially asymmetric pseudopotential barrier or well that serves to confine ions in a first (y) direction and a second (x) direction within the ion trap;
Generating a quadrupole dc potential well substantially confining ions in the third (z) direction within the ion trap, wherein the electric field extends along the second (x) direction. As is maintained, the profile of the substantially quadrupole DC potential well gradually changes along the second (x) direction, and the electric field causes ions to move toward the ion emission region of the ion trap. The magnitude of the electric field in the second (x) direction varies depending on the position in the third (z) direction so that it is propelled, flowed, or guided, and the electric field is depending on the relative position of the ions in the direction of z), causing the ions to face a substantially different acceleration field in the second (x) direction;
Exciting ions in the third (z) direction so as to selectively emit ions of mass or mass-to-charge ratio in the second (x) direction and / or the third (z) direction And selectively releasing ions of mass or mass to charge ratio from the ion trap.
イオントラップ内で第1(y)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第2(x)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、直流電位の障壁または井戸を発生することと、
前記イオントラップ内で第3(z)の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生することであって、電界が前記第2(x)の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第2(x)の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオントラップのイオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第2(x)の方向への前記電界の大きさは、前記第3(z)の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第3(z)の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第2(x)の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、発生することと、
前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、前記第3(z)の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法。
A pseudopotential barrier or well that acts to confine ions in the first (y) direction within the ion trap and a DC potential barrier or well that acts to confine ions in the second (x) direction are generated. And
Generating a quadrupole dc potential well substantially confining ions in the third (z) direction within the ion trap, wherein the electric field extends along the second (x) direction. As is maintained, the profile of the substantially quadrupole DC potential well gradually changes along the second (x) direction, and the electric field causes ions to move toward the ion emission region of the ion trap. The magnitude of the electric field in the second (x) direction varies depending on the position in the third (z) direction so that it is propelled, flowed, or guided, and the electric field is depending on the relative position of the ions in the direction of z), causing the ions to face a substantially different acceleration field in the second (x) direction;
Exciting ions in the third (z) direction so as to selectively emit ions of mass or mass-to-charge ratio in the second (x) direction and / or the third (z) direction And selectively releasing ions of mass or mass to charge ratio from the ion trap.
請求項33または34に記載の方法を含む質量分析の方法。   35. A method of mass spectrometry comprising the method of claim 33 or 34. イオントラップ内でイオンを第1(y)の方向および第2(x)の方向に閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生するように配置され適合された第1の装置と、
前記イオントラップ内でイオンを第3(z)の方向に閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生するように配置され適合された第2の装置と、
イオンを前記第3(z)の方向に振動させるように配置され適合された第3の装置であって、前記第3(z)の方向への前記イオンの振動の振幅は、前記イオンの質量または質量対電荷比に依存する、第3の装置とを備え、
電界が前記第2(x)の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位のプロファイルは、前記第2(x)の方向に沿って次第に変化し、イオン放出領域から前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的に前記イオンを放出する前に、前記電界が前記第3(z)の方向に前記イオンの振動の振幅に依存する力で前記イオントラップの前記イオン放出領域に向かって、前記第2(x)の方向にイオンを推進させるように、前記第2(x)の方向への前記電界の大きさは、前記第3(z)の方向での位置によって変化する、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
A first arranged and adapted to generate a radially asymmetric pseudopotential barrier or well that serves to confine ions in a first (y) direction and a second (x) direction within the ion trap. Equipment,
A second device arranged and adapted to generate a substantially quadrupole DC potential well that serves to confine ions in the third (z) direction within the ion trap;
A third device arranged and adapted to vibrate ions in the third (z) direction, wherein the amplitude of the vibration of the ions in the third (z) direction is the mass of the ions Or a third device, depending on the mass to charge ratio,
As an electric field is maintained along the direction of the first 2 (x), the profile of the substantially quadrupole DC potential is gradually changed along the direction of the first 2 (x), ion-release Prior to selectively ejecting the ions in mass or mass to charge ratio from the region in the second (x) direction and / or in the third (z) direction, the electric field is toward the ion emitting region of the ion trap with a force that depends on the amplitude of oscillation of the ions in the direction, the direction in to propel the ions of the first 2 (x), in the direction of the first 2 (x) The ion or mass-to-charge selective ion trap, wherein the magnitude of the electric field varies with position in the third (z) direction.
イオントラップ内でイオンを第1(y)の方向に閉じ込める作用をする疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第2(x)の方向に閉じ込める作用をする直流電位障壁または井戸を発生するように配置され適合された第1の装置と、
前記イオントラップ内でイオンを第3(z)の方向に閉じ込める作用をする、実質的に直流四重極電位井戸を発生するように配置され適合された第2の装置と、
イオンを前記第3(z)の方向に振動させるように配置され適合された第3の装置であって、前記第3(z)の方向への前記イオンの振動の振幅は、前記イオンの質量または質量対電荷比に依存する、第3の装置とを備え、
電界が前記第2(x)の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位のプロファイルは、前記第2(x)の方向に沿って次第に変化し、イオン放出領域から前記第2(x)の方向および/または前記第3(z)の方向に質量または質量対電荷比の選択的に前記イオンを放出する前に、前記電界が前記第3(z)の方向に前記イオンの振動の振幅に依存する力で前記イオントラップの前記イオン放出領域に向かって、前記第2(x)の方向にイオンを推進させるように、前記第2(x)の方向への前記電界の大きさは、前記第3(z)の方向での位置によって変化する、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
Arranged and adapted to generate a pseudopotential barrier or well that acts to confine ions in the first (y) direction and a DC potential barrier or well that acts to confine ions in the second (x) direction within the ion trap. A first device,
A second device arranged and adapted to generate a substantially DC quadrupole potential well that serves to confine ions in the third (z) direction within the ion trap;
A third device arranged and adapted to vibrate ions in the third (z) direction, wherein the amplitude of the vibration of the ions in the third (z) direction is the mass of the ions Or a third device, depending on the mass to charge ratio,
As an electric field is maintained along the direction of the first 2 (x), the profile of the substantially quadrupole DC potential is gradually changed along the direction of the first 2 (x), ion-release Prior to selectively ejecting the ions in mass or mass to charge ratio from the region in the second (x) direction and / or in the third (z) direction, the electric field is toward the ion emitting region of the ion trap with a force that depends on the amplitude of oscillation of the ions in the direction, the direction in to propel the ions of the first 2 (x), in the direction of the first 2 (x) The ion or mass-to-charge selective ion trap, wherein the magnitude of the electric field varies with position in the third (z) direction.
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